LABORATUVARIN ADI E1 BLOK OTOMOTİV E1 BLOK HİDROMEKANİK E1 BLOK TERMODİNAMİK E3 BLOK İMAL A BLOK 3 VE 4. KAT ARASI MAKİNA DİNAMİĞİ B BLOK ZEMİN KAT

Transkript

1 LABORATUVARIN ADI Sayfa Makine Teorisi Sist. Din. Ve Kontrol 1. Deneyi 2-8 Makine Teorisi Sist. Din. Ve Kontrol 2. Deneyi 9-23 Makine Teorisi Sist. Din. Ve Kontrol 3. Deneyi Otomotiv 1. Deneyi Otomotiv 2. Deneyi Hidromekanik - Buhar Kazanları Deneyi Hidromekanik - Pompa Deneyi Mekanik Eğilme Deneyi Termodinamik Akışkanlar Mekaniği Deneyi Termodinamik Soğutma Çev. Ve İkl. Deneyi Konstrüksiyon Deneyi İmal 3 Ölçme Tekniği Deneyi İmal 1 Malzeme Laboratuvarı Deneyi İmal 2 Talaşlı Şekillendirme Deneyi Telafi Onay Formu 124 LABORATUVARIN YERİ OTOMOTİV HİDROMEKANİK TERMODİNAMİK İMAL MAKİNA DİNAMİĞİ KONSTRÜKSİYON MEKANİK BULUNDUĞU BİNA E1 BLOK E1 BLOK E1 BLOK E3 BLOK A BLOK 3 VE 4. KAT ARASI B BLOK ZEMİN KAT B BLOK ZEMİN KAT

2 GÜZ DÖNEMİ MAKİNE TEORİSİ, SİSTEM DİNAMİĞİ VE KONTROL 1. DENEYİ 1. DENEY ADI: Rezonans Deneyi 2. DENEYİN AMACI: Tek serbestlik dereceli bir sistemin rezonans frekansını deneysel ve analitik olarak bulmak. 3. TEORİK BİLGİLER VE TANIMLAR: 3.1. Tanımlar Titreşim: Bir cismin denge konumu etrafında yapmış olduğu salınım hareketlerine titreşim denir. Serbestlik Derecesi: Bir sistemin herhangi bir anda bütün parçalarının konumlarının tamamen belirli olabilmesi için gereken birbirinden bağımsız minimum koordinat sayısıdır. Genlik: Titresen cismin denge konumuna göre maksimum yer değiştirmesi. Periyot: Titreşim hareketinin bir kez tekrarlanması için gereken süre. Frekans: Birim zamandaki titreşim sayısı. Harmonik Hareket: Bir hareket eşit zaman aralıklarından sonra kendini tekrarlıyorsa buna periyodik hareket denir. En basit periyodik hareket sekli harmonik harekettir (Şekil 1). İvmenin yer değiştirme ile orantılı olduğu titreşimlere ise basit harmonik hareket denir. Şekil 1. Harmonik Hareket Rezonans: Dışarıdan tahrik eden zorlayıcı etkinin frekansı, sistemin doğal frekansı ile çakışırsa sistemin salınımlarının giderek büyüdüğü ve sistemi tahrip edecek mertebeye ulaştığı görülür. Bu olaya rezonans denir, sistem için tahribat yaratabilir. 2

3 Tasarımcı rezonansı dikkate alamazsa, sonuçlar yıkıcı olacaktır. Rezonans olayının en kötü örneklerinden birisi Tacoma Köprüsü dür yılında, Tacoma Köprüsü nün çökme sebebi, dış kuvvet frekansı (bu durumda rüzgâr) köprünün doğal frekansı ile çakışmasıdır. Şekil 2. Tacoma Köprüsü nün Çökmesi 3.2. Sistemin Matematiksel Modeli Bu bölümde, deney sisteminin matematiksel modeli türetilmiştir. Matematiksel modelin türetilmesi için Lagranjian yaklaşım uygulanmıştır. Şekil 3. Titreşim Deney Düzeneğinin şeması Sistem tek serbestlik dereceli olduğu için hesaplamalar sonucunda bir adet denklem elde edilecektir. İlk olarak, Lagrange Eşitliğinin genel ifadesi aşağıdaki gibidir. + + = Q (1) Bu eşitlikte Ek Ep : Sistemin toplam Kinetik Enerjisi : Sistemin toplam Potansiyel Enerjisi 3

4 ED Qj xj : Sistemin toplam Sönüm Enerjisi : Genelleştirilmiş kuvvet : Genelleştirilmiş koordinat. Başlangıç olarak potansiyel enerjiyi çıkarılır; E = k (L + L ) Ө (2) Sistemin kinetik enerjisi E = JӨ (3) Burada atalet momenti (J) J = m L (4) Lagrangian denklemi için kısmi türevleri alınırsa; Ө = JӨ Ө = 0 Ө = k (L + L ) Ө (5) Q = FL (kirişin O noktası etrafında sonsuz küçük döndüğü varsayılarak) Lagrange Denkleminde kinetik ve potansiyel enerjinin türevleri yerlerine yazılırsa; JӨ + k (L + L ) Ө = FL (6) bulunur. 4. DENEY SİSTEMİ: Tek serbestlik dereceli kütle yay sistemi olan deney düzeneği Şekil 4 teki gibidir. Burada sistemi tahrik etmek için verilecek olan bozucu giriş, sistemde bulunan ve çeşitli frekanslarda çalıştırılan motora bağlı disk şeklinde dengesiz bir kütlede oluşan merkezkaç kuvveti ile meydana gelir. 4

5 Şekil 4. Deney Sistemi 5. DENEYİN YAPILIŞI: Başlamak için; 1. Tablo 1 de verilen frekanslarda kirişin denge noktasından yaptığı maksimum deplasmanlar ölçülür. (m). 2. Aşağıda verilen tablo kirişin yer değiştirmelerine göre doldurulur. Tablo 1. Cihaz Frekansı Dönüşüm Tablosu Sistem Frekansı Frekans: f (x100/2,5) (Hz) Frekans = 2 2, , ,93 5, , ,12 6, , ,31 7, , ,49 8, , ,68 9, , ,87 12, ,33 Genlik (m) 5

6 3. Deplasman ölçümlerine göre frekansa karşı genlik çizimi yapılır. Genlik (mm) Eyleyici Frakansı (rad/s) Şekil 5. Grafik çizim tablosu 4. Sistemin doğal frekansı bulunur (grafiğin zirve noktası sistemin doğal frekansını gösterir). Analitik çalışma 1. Adım: Sisteme ait yay sabitinin hesaplanması a. Sabit durumda (yay deney düzeneğine bağlı iken) yayın iki ucu arasındaki mesafe ölçülür:.(m) b. Yay söküldükten sonra iki ucu arasındaki mesafe ölçülür :.(m) c. Yaya belirli ağırlıklar bağlandıktan sonra oluşan yer değişimi, bağlantı noktaları arasındaki mesafe ölçülür:.(m) Tablo 2. Ölçüm Değerleri Eklenen kütle (kg) ( ) (mm) (c-b) ( ) (mm) (a-b) d. Yay katsayısı hesabı (K) F = kδ(c b) (7) Burada, g=9.81 (m/s 2 ) ve F (N) yaya uygulanan kuvvettir. 6

7 2. Adım: Doğal frekansın hesaplanması a. Sistemin kütlesi hesaplanır (Sistemin momenti kirişin sabit noktasına göre (O) alınarak). Şekil 6. Deney düzeneğinin serbest cisim diyagramı F ( ) ( ) b. Sistemin diferansiyel denklemi aşağıdaki gibidir; Jϑ + kl Burada, θ = F(t)L J = M L = (kg.m 2 ) (10) Sonuç olarak sistemin doğal frekansı; ω = (11) şeklindedir. (8) (9) 7

8 Tablo 3. Sonuçlar (Deneysel Yolla Elde Edilen) K(N/m) J(kg.m 2) (Analitik Yolla Elde edilen) Sonuçlar ve Tartışma. Lütfen işlemlerinizi bu alana yazınız. (Gerek duyulduğu takdirde Ek A4 kağıdı kullanılabilir.) 8

9 GÜZ DÖNEMİ MAKİNE TEORİSİ, SİSTEM DİNAMİĞİ VE KONTROL 2. DENEYİ 1. DENEY ADI: Çift Tank Su Seviyesi Kontrolü 2. DENEYİN AMACI: Su Seviyesi Kontrolü için PI Kontrolör Tasarlanması, Simülasyonu ve Deneysel Olarak Doğrulanması Deneyin içeriği: Çift tank deney setinin matematiksel modelinin çıkarılması, Açık çevrim transfer fonksiyonunun Laplace transformasyonu ile s düzlemine aktarılması, Sistemin doğrusallaştırılması, doğrusal olmayan sistem denklemlerinden denge noktasının tayini, Kutup yerleştirme yaparak PI-İleri beslemeli kontrolörün tasarlanması, tasarım esnasında kıstasların nasıl ele alınacağı, Kontrolün sağlanması, deney ve simülasyon sonuçlarının karşılaştırılması. Deneye hazırlık aşaması: Deneyin başarılı ile gerçekleştirilebilmesi için öğrencinin aşağıda belirtilen altyapıya sahip olması gerekmektedir. 1. Transfer fonksiyonları konusunda bilgi, 2. PID kötrolör tasarımı konusunda bilgi, 3. Matlab-Simulink konusunda temel bilgi, 4. Quark konusunda temel bilgi (Deney gerçekleştirilirken ilgili öğretim elemanı tarafından verilecektir). 3. ÇİFT TANK SU SEVİYESİ KONTROL DENEY SİSTEMİ Çift tank deney seti, iki tank ihtiva eden, su seviyesi kontrolünün gözlemlendiği, bir su girişli, iki tanklı bir sistemdir. Bu iki tank, bir plakaya sabitlenmiş bir şekilde monte edilmiştir. Üstteki tanka pompa vasıtasıyla su verilir, üstteki tankta biriken su, üstteki tankın altından bir orifiz vasıtayısla aşağıdaki tanka aktarılarak, aşağıdaki tanktan su rezervuarına geri boşalır. Su bir pompa vasıtasıyla iki adet orifize aktarılarak su doldurma işlemini yapmaktadır. Bu çıkışlar Çıkış 1, Çıkış 2 olarak isimlendirilmektedir. Tanklardan su seviyesi kontrolü basınç 9

10 sensörleri vasıtasıyla alınmaktadır ve geri-besleme için uygun bir şekilde su seviyesi olarak okunabilir hale hazırlanmaktadır. Çift tank deney setinin endüstriyel uygulamalarına örnek olarak petro-kimyasal endüstri, kağıt yapımı, su arıtma tesisleri verilebilir. Bu deney, PI ve ileri beslemeli kötrolörlerin tasarımı ile ilgilidir. Bu deney setinde birden fazla konfigürasyon gerçekleştirilebilir. Bu deney, üstten su tedariki, alttan tek kanal ile su tahliyesi üzerinden hareketle kurgulanacaktır. Bu konfigürasyon ile üstteki tankın su seviyesinin korunması sağlanacaktır. Bu konfigürasyon ile ilgili sistem şematiği Şekil 1 de verilmiştir. Şekil 1. Çift Tank Deney Seti 10

11 4. TEORİK BİLGİLER VE TANIMLAR 4.1. Doğrusal Olmayan Sistem Denklemlerinin Çıkartılması Sistemin denklemlerini çıkartılmasında pompa beslemesi ihmal edilmiştir. Sisteme giren pompa gerilimi ve birinci tanktaki su seviyesi bir çıkış olarak olarak tanımlanmaktadır. Buradaki amaç, sisteme ait açık çevrim transfer fonksiyonunu ( ) elde etmektir. Bu transfer fonksiyonu sayesinde gerilim cinsinden su seviyesinin ne derece değiştiği ile ilgili olarak bilgi sahibi olunabilecektir. Bu fonksiyon, = (, ) (1) olarak tanımlansın. ve çıkış ve giriş debisi olsun. O halde, tank alanı olmak üzere, = (2) olarak tanımlanabilir. Burada gerilim cinsinden giriş hacimsel debisi, = (3) olarak gösterilebilir. Bernoulli denkleminin uygulanması neticesinde ise, çıkış hızı = 2 (4) olarak gösterilebilir. = 2 = (5),(6) olduğu göz önüne alınırsa, sisteme ait doğrusal olmayan denklem, = olarak elde edilir. Arzu edilen arandığında, = 0 (7) = 15 cm lik denge noktası etrafında denge noktası (8) = =, olarak hesaplanır. 11 (9) (10)

12 4.2. Hareket Denklemlerinin Doğrusallaştırılması ve Transfer Fonksiyonunun Bulunması Doğrusal kötrolör tasarlanabilmesi ve uygulanabilmesi için her şeyden önce açık çevrim transfer fonksiyonunun elde edilmesi gerekmektedir. Fakat transfer fonksiyonunun elde edilmesi için sistemin doğrulallaştırılması gerekmektedir. Dolayısıyla, Tank 1 e ait hareket denklemlerinin denge noktası etrafında doğrusallaştırılacaktır. Bu denge noktası (, ), tankta sürekli bir su seviyesini koruyabilmesi için verilmesi gereken pompa gerilimi olarak düşünülebilir. Bu koşul dâhilinde, sistemdeki su seviyesi ve gerilim tanımlaması tekrar yapılırsa, = + = + (11) olarak ele alınabilir. Doğrusallaştırılmış denklem, denge noktasından sonraki pozisyonda, = (, ) (12) olarak tanımlanabilir. Taylor serisini denge noktası etrafında açarsak, = + (13) elde edilir. Denge noktası etrafında olduğu göz önüne alınırsa, denge noktasında = olduğu düşünürlürse, denge noktası etrafındaki tank su seviyesindeki değişim = + (14) olmaktadır. Burada Laplace dönüşümü gerçekleştirirsek, ( ) = ( ) + ( ) (15) olmaktadır. Bu eşitliği elektrik motoru açık çevrim transfer fonksiyonu formuna getirirsek, + ( ) = ( ) (16) ( ) = ( ) ( ) = (17) ( ) ( ) = (18) = = (19),(20) 12

13 olarak elde edilir. 13

14 4.3. Tank 1 Su Seviyesi Kontrolü İsterler 1. tankın su seviyesinin ayarlanması amacıyla bir kötrolör tasarlaması hedeflenmektedir. Bu amaçla, pompa gerilimine bağlı olarak su seviyesindeki değişimi veren transfer fonksiyonu elde edilmişti. Bu amacın gerçekleştirilmesi için PI-FF kontrol (Proportional Integral-Feed Forward) Kontrol uygulanacaktır. Deneyde ±1 cm kare dalgalar oluşturulacak olup sistemin bunu takip etmesi istenmektedir. İstenen Performans Kriterleri: 1. Tank 1 için operasyon noktası: = Yüzde aşım %10 dan az: 10% 3. %2 ye yerleşme zamanı 5 saniyeden az: = Karalı hal hatası yok: = İleri Beslemeli Kontrolör Tasarımı Sıfır kararlı hal hatası için Tank 1 in su seviyesi, PI(Orantısal+İntegral) kontrolöre ileri besleme aksiyonu _ eklenerek oluşturulan ile aşağıdaki gibi kapalı çevrim sistem oluşturularak kontrol edilir. Tasarlanan PI kötrolör, sistemi etkileyen dinamik bozucuların etkilerini bastırır. Diğer taraftan, ileri besleme ise alt tahliye deliğinden sabit hacimde sürekli olarak boşaltılan sıvıyı kompanze ederek tank su seviyesinin dengede kalmasını sağlar (Şekil 2). Şekil 2. İleri Beslemeli PI kontrol Blok Şeması 14

15 Burada ileri besleme gerilimi _ aşağıdaki gibi ifade edilir. = (21) Sisteme uygulanan girişi ise, daha önce anlatıdığı gibi sisteme uygulanan küçük gerilim değişiklikleri e ek olarak verilen ileri besleme geriliminin toplamı olarak aşağıdaki gibi ifade edilir. = + (22) Buradan hareketle, = ve = olarak ifade edilebilir. Öyleyse ileri besleme kazancı, = (23) olarak hesaplanır PI Kontrolör Tasarımı Açık çevrim transfer fonksiyonu ( ) daha önce ifade edildiği üzere Tank 1 e ait su seviyesi dinamiğini ifade etmektedir. Yalnız görüleceği üzere ye bir ileri beseleme etki ettiğinden açık çevrim transfer fonksiyonu aşağıdaki gibi de yazılabilir. ( ) = ( ) ( ) (24) Birim geri beslemeli kötrolör uygulanmış sistemin blok diyagramı en genel şekliye aşağıdaki gibi gösterilebilir (Şekil 3). Şekil 3. Geri Besleme Kontrollü Sistem Blok Şeması Burada C(s) kontrolöre ait transfer fonksiyonunu, P(s) sisteme ait transfer fonksiyonunu göstermektedir. Y(s) sinyali sistem çıkışını göstermektedir ve bu çıkış R(s) referans sinyalini izlemek zorundadır, referans sinyalini izlerken de istenen performans kriterlerini sağlamalıdır. E(s) sinyali ise her döngüde yeniden hesaplanan sistem çıkışının, takip etmesi istenilen 15

16 referanstan ne kadar uzakta olduğunu gösteren hata sinyalidir. O halde, sistem çıkışı bu sinyaller ve transfer fonksiyonları cinsinden aşağıdaki gibi ifade edilebilir. ( ) = ( ) ( )( ( ) ( )) (25) Yukarıdaki eşitlik düzenlenerek oluşturulan kapalı çevrim transfer fonksiyonu sistem çıkışını girişine oranından aşağıdaki gibi bulunur. ( ) = ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) (26) PI kötrolör için bu giriş-çıkış ifadesi zaman düzleminde aşağıdaki gibi ifade edilir. = ( ) + ( ) (27) Burada ifadesi orantısal kazancı, ifadesi ise integral kazancını göstermektedir. Eğer birinci mertebeden bir sistem PI kötrolör ile seri bağlantı kuracak şekilde bir kapalı döngüye sokulursa, bu bağlantının sonucunda kapalı çevrim transfer fonksiyonu aşağıdaki gibi ifade edilir. ( ) ( ) = (28) Burada doğal frekans, ζ sönüm oranıdır. Yukarıdaki ifade standart ikinci mertebe transfer fonksiyonu olarak isimlendirilir. Bu fonksiyonun cevap özellikleri doğal frekans ve ζ sönüm oranına bağlıdır. Tepe Zamanı ve Maksimum Aşım: İkinci mertebeden bir sisteme aşağıda gösterildiği gibi basamak girişi uygulansın. ( ) = (29) Yukarıdaki ifadede ifadesi basamak genliğidir ve değeri = 1.5 olsun. Bu girişe ikinci mertebeden sistemin verdiği cevap aşağıdaki grafikteki gibidir. Grafikteki eğrilerden biri sistem çıkışı (cevabı) iken diğeri ise sisteme uygulanan 15 birim genlikli basamak giriştir (Şekil 4). 16

17 Şekil 4. Birim Basamak Fonksiyonu için Sistem Cevabı Sistem cevabındaki okunan maksimum değeri olarak, ın oluştuğu anı da olarak gösterilsin. Bu durumda sistemin cevabının maksimum yüzde aşımı aşağıdaki ifade ile bulunur. = 100 ( ) (30) Basamak girişin uygulandığı andan, sistem cevabının maksimum değere ulaştığı ana kadar geçen zaman, tepe zamanı olarak adlandırılır ve aşağıdaki gibi bulunur. = (31) İkinci mertebeden sistemde maksimum yüzde aşım sadece sönümleme oranına bağlıdır ve aşağıdaki ifade ile bulunur. = 100 ( ) (32) Tepe zamanı ise hem sönüm oranına hem de doğal frekansa bağlıdır ve aşağıdaki gibi hesaplanır. = (33) Tank 1 için istenen %2 ye yerleşme zamanı ise aşağıdaki ifade ile bulunur. = (34) 17

18 PI Kontrol Parametrelerinin Hesaplanması Kontrol Parametrelerinin hesaplanabilmesi için kapalı çevrim transfer fonksiyonunun kutuplarının yerleştirilmesi gerekmektedir. Bu doğrultuda, ( ) = = ( ) ( ) (35) olan kapalı çevrim transfer fonksiyonu isterler cinsinden = = (36),(37) şeklinde ifade edilebilir. Neticede, istenen maksimum aşım miktarı limiti ile oturma zamanı içerisinde bir cevap verecek kutbun nerede olduğu bulunmuş olur. Bu bilgiler kullanılarak kontrol parametreleri, =, = (38),(39) şeklinde bulunmaktadır Simülasyon Sönüm oranının sistem cevabının şeklini, doğal frekansın ise hızını belirlediği söylenebilir. tank_simulasyon Dosyası Simulink te açılırsa Şekil 5 te blok diyagramı verilen model açılacaktır (tank_simulasyon dosyası laboratuvarı yapan ilgili öğretim elemanı tarafından temin edilmelidir). Şekil 5. Tank Su Seviyesi Kontrolü 18

19 İçi boyalı sistem bloğuna çift tıklanıp açılırsa daha önce oluşturulan doğrusal olmayan model aşağıdaki gibi görünecektir (Şekil 6). Şekil 7 de ise gerilim ve tank su seviyesi simülasyon cevapları yer almaktadır. Şekil 6. Tank Sistemine Ait Doğrusal Olmayan Simulink Modeli A) B) Şekil 7. Simülasyon Cevapları A) Gerilim Cevabı, B) Su Seviyesi 5. DENEYİN YAPILIŞI: Şekil 8 de q_tanks_1 Simulink dosyası görülmektedir. Dışsal ölçüm gürültü probleminin önüne geçmek için 2.5 Hz alçak geçiş frekans filtresi kullanılmıştır. Unutulmamalıdır ki, ölçüm gürültüsü sistemin doğru çalışmasına müsaade etmez. Sistem çalışırken, ayar mekanizmasında istenen referans girişin 27 cm nin üzerine çıkmamasına dikkat edilmelidir. Aksi halde, tanktaki suda taşma meydana gelecektir. 19

20 Şekil 8. Çift Tank Deney Seti 1. Konfigürasyon Deney Modeli Deneyde izlenecek prosedür: 1. İlgili setup dosyasını çalıştırarak Matlab programına hesaplanacak Kp1, Ki1, Kff1 parametrelerini tanımlanır. Bu esnada, sisteme ait açık çevrim transfer fonksiyonu da tanımlanmalıdır. 2. Kare dalga oluşturmak için Signal Generator bloğunu açın ve ilgili ayarlamaları yapılır. Signal type = square Amplitude = 1 Frequency = 0.06 Hz Amplitude (cm) 1 olarak ayarlanır. Bu sayede 1 cm lik deplasman görülecektir ( ±1 cm). 3. Programı çalıştırılır ve Pompa Gerilimi penceresi, Vp (V) Tank 1 su seviyesi düzey penceresi gözlemlenir. Tank 1(cm) (Scope bloğu kullanılabilir). 4. İntegral etki kalıcı durum hatalarını bastıracağı için İntegral bloğu ile oynama yapılmamalıdır. Yanlış ayarlamalar sistemin doğru çalışmamasına sebep olacaktır. 5. Simulink penceresinde build yapılarak simulasyon, bilgisayar ve ilgili deney donanımları birlikte çalışabilmek için gerekli arka plan işlerini tamamlar. Ardından set to connect yapılır. Her şey doğru yapıldıysa, bağlantı sağlanmakta ve sistem çalışmaya hazır olarak beklemektedir. 20

21 6. Simulink dosyasını çalıştırırlır. Çalıştırıldığında, Hardware-In-The-Loop olarak simülasyon gerçekleşir. Bu şekilde donanıma da bağlınılır ve gönderilecek kontrol sinyallerini donanım işleyebilir. Öncelikle signal generator bloğundan 0 sinyal alınır. Denge konumu = 15 cm ve Denge gerilimi = 9.2 olduğundan emin olunmalıdır. 7. Signal Generator içerisinde, amplitude değeri ayarlanır. Onayladığında Şekil 9 daki gibi bir cevap elde edilmelidir. (A) (B) Şekil 9. Tank Deney Seti, Deneysel Sonuçlar. A) Su Seviyesi B) Pompa Gerilimi Sonuç: Deney sonunda, laboratuvarı yapan öğretim elemanından size sağlayacağı.mat uzantılı dosyadan deneyiniz ile ilgili ölçümlere ulaşılabilir. Bu ölçüm verilerini öğrenci değerlendirir. Tablo 1: Sisteme Ait Parametreler 21

22 NOT: Kopartılacak bu sayfalar deney raporunu oluşturacaktır. Raporu deneyden sonra en geç 1 hafta içerisinde laboratuvarı yapan öğretim elemanına ulaştırınız. Tablo 1 de sistem ile ilgili parametreler verilmiştir. Bu parametreleri kullanarak Aşağıdaki parametreleri hesaplayarak Tablo 2 yi doldurunuz. Tablo 2. Hesaplanan Parametreler = =, =, =, = 22

23 Şekil 10 a deney sonunda elde ettiğiniz grafiği yapıştırınız. Şekil 10. Deney Sonucu Tablo 3 e deney ve simülasyon sonucu elde edilen değerleri yazınız. Tablo 3. Deney ve Simülasyon Sonuçlarına Ait Değerler Açıklamalar Sembol Değer Birim Deney Sonucu Tank 1 Kontrol Kazançları İleri Geri Besleme Kontrol Girişi Kff,1 VA/ cm Orantı Geri Besleme Parametresi Kp,1 V/cm İntegral Geri Besleme Parametresi Ki,1 V/(cm-s) Tank 1 Kontrol Simülasyonu Kalıcı durum hatası ess, 1 cm Oturma Zamanı ts, 1 s Maksimum Aşım Miktarı POi % Tank 1 Kontrol Uygulaması Kalıcı durum hatası ess, 1 cm Oturma Zamanı ts, 1 s Maksimum Aşım Miktarı POi % 23

24 GÜZ DÖNEMİ MAKİNE TEORİSİ, SİSTEM DİNAMİĞİ VE KONTROL 3. DENEYİ 1. DENEY ADI: PV ve PIV Kontrolcüler ile Motor Konum Kontrolü Deneyi 2. DENEYİN AMACI: Servo motorun dinamik denklemlerini ve transfer fonksyonunu elde etmek, servo motrunun istenen gereksinimlerdeki konum kontrolünü yapacak PV ve PIV kontrolcüler tasarlamak ve test düzeneğinde alınan ölçüm sonuçlarının değerlendirilmesi. 3. TEORİK BİLGİLER VE TANIMLAR: Servo motor yük şaftının giriş motor voltajına göre açısal hızı aşağıdaki birinci derece transfer fonksiyonu ile tanımlanabilir. Ω l ( s) K Vm ( s) τs 1 Burada Ω l ( s ) yük şaftı hızı ωl ( t ) nin Laplace dönüşümüdür. Vm ( s ), motor giriş voltajı vm( t) nin Laplace dönüşümüdür. K kalıcı hal kazancıdır. τ zaman sabiti ve s Laplace operatörüdür. 4. SERVO MOTOR KONUM KONTROL DENEY TESİSATI: DC motor armatür devresi şeması ve dişli çarkı Şekil 1'de gösterilmiştir. Bilindiği gibi Rm motor direncidir, Lm indüktanstır ve km emf sabitidir. (1) Şekil 1. SRV02 DC motor armatür devresi ve dişli zinciri emf (elektromotor) voltajı eb (t), motor milinin hızı ωm ve motorun emf sabiti km'ye bağlıdır. Bu sabit akım akışına karşı çıkar. 24

25 emf voltajı şu şekilde verilir: eb t kmωm t Kirchoff'un Voltaj Yasasını kullanarak, aşağıdaki denklemi yazabiliriz: t di V -R -L m m t mim t m -kmωm t 0 dt Motor endüktansı Lm, dirençten çok daha az olduğu için, göz ardı edilebilir. 0 Vm t RmIm t kmωm t Motor akımı Im (t) için çözüm şu şekilde bulunabilir: Im t Vm t kmωm t Rm (2) (3) (4) (5) 4.1. Mekanik Denklemler Bu bölümde, l yük şaftının hızını açıklayan hareket denklemi, uygulanan motor torkuna göre τm, geliştirilmiştir. SRV02 bir serbestlik dereceli döner sistem olduğundan, Newton'un İkinci Hareket Yasası şöyle yazılabilir: J α τ Burada J, cismin eylemsizlik momentidir (kütle merkezinde), α sistemin açısal ivmesidir ve τ, cisme uygulanan torkların toplamıdır. Şekil 1'de gösterilen Bm ve Bl motor şaftı ve yük şaftı üzerinde etkili olan viskoz sürtünmedir. Yük hareket denklemi: dω J l m dt t Bl ωl t τl t Jl yükün eylemsizlik momentidir ve τl (6) (7) yüke uygulanan toplam torktur. Yük ataleti, dişli zincirinden ve ekli herhangi bir harici yükten (örn. disk veya çubuktan) oluşur. Motor şaftı denklemi şöyle ifade edilir: t dω J m m Bmωm t τml t τm t (8) dt Burada Jm motor mili eylemsizlik momentidir ve τml motor torkuna yük torkundan etki eden bileşke torktur. Yük milindeki tork şu şekilde yazılabilir: τl t ηg Kg τml t burada Kg dişli oranı ve ηg dişli verimidir. Şekil 1'deki N1, N2, N3 ve N4 dişlileri ile dişli oranı: (9) N4 N K 2 g N3 N1 Böylece, motor şaftında dişliler boyunca görülen tork şu şekilde ifade edilebilir: (10) 25

26 τml t t τl ηg Kg (11) Dolayısıyla aşağıdaki ilişkiler elde edilebilir: θm t Kgθl t ωm t Kgωl t (12) (13) yük şaftının uygulanan bir motor torkuna göre hareketini açıklayan diferansiyel denklem, (8) den aşağıdaki gibi elde edilir: t dωl dω l t Jl Bl ωl t JmKg BmK gωl t dt τm t (14) dt ηg Kg veya: t B B ωl t τ 2 dω 2 ηg Kg Jm J l l ηg Kg m l ηg Kg m t (15) dt Bu denklem aşağıdaki gibi sadeleştirilebilir: t dω J l eq Beqωl t ηg Kgτm dt Burada: J 2 eq ηg Kg Jm Jl t (16) (17) B 2 eq ηg Kg Bm Bl (18) olarak tanımlanır Elektriksel ve Mekanik Denklemlerin Birleştirilesi Bu bölümde, uygulanan motor voltajı açısından yük şaftı hızını temsil eden bir ifade elde etmek için elektrik denklemi ve mekanik eşitlik bir araya getirilmiştir. Motor torku uygulanan voltaj ile orantılıdır: τm t ηmkt Im t Burada kt akım-tork sabiti (N.m / A), ηm motor verimidir ve Im armatür akımıdır. Denklem 5 ve Denklem 13, Denklem 19 da yazılarak motor torku elde edilir: τm t ηmkt Vm t kmkgωl ( t) Rm Denklem 20, Denklem 16 ya yazılarak hareket denklemi elde edilir: dω J l eq dt t Beq, vωl t AmV m t (19) (20) (21) 26

27 Burada: η 2 g Kg ηmkt km Beq Rm Beq, v Rm ηg Kgηmkt Am Rm olarak tanımlanır. (22) (23) 4.3. Konum Kontrolü Kararlı hal hatası, ess ile gösterilir. Sistem cevabı yerleştikten sonra referans giriş ve çıkış sinyalleri arasındaki farktır. Bu nedenle, sistem kararlı durumdayken bir t zamanı için, kararlı durum hatası: ess rss t yss t rss (t), girişin kalıcı hal değeridir ve yss (t), çıktının kalıcı hal değeridir. (24) Şekil 2. Birim geribesleme sistem Şekil 2 deki hata transfer fonksiyonunu E(s) referans R (s), sistem P (s) ve kompansatör C (s) cinsinden bulabiliriz. Hatanın Laplace dönüşümü: E s R s Y s Şekil 2 den: E s R s 1 C s P( s) Son değer teoremi e ss R lim 0 s0 τs1 s 2 τs s K e ss lim se ( s ) kullanarak kalıcı hal hatası bulunur. s0 (25) (26) (27) SRV02 yük şaftının konumunu kontrol etmek için istenen performans kriterleri: ess = 0 (28) tp = 0.20 s (29) PO = % 5.0 (30) 27

28 4.4. PV Kontrolör Tasarımı SRV02'nin pozisyonunu kontrol etmek için Şekil 3 te verilen oransal-hız (PV) kontrolcü aşağıdaki yapıya sahiptir: Θ Θ Θ Vm s k p d s l s kvs l s (31) Şekil 3. PV pozisyon kontrolü blok şeması 4.4 PIV Kontrolör Tasarımı SRV02'nin pozisyonunu kontrol etmek için Şekil 3 te verilen oransal-hız (PV) kontrolör aşağıdaki yapıya sahiptir: ki Vm s k p d s l s kvs l s s Θ Θ Θ (32) Şekil 3. PIV pozisyon kontrolü blok şeması 28

29 5. DENEYİN YAPILIŞI: 5.1. PV Kontrol Kullanılarak Basamak Girişin Uygulanması Bu deneyde, PV kontrolörü kullanılarak SRV02 yük milinin, yani disk yükünün açısal pozisyonunu kontrol edilecektir. Teknik özelliklerin karşılandığından emin olmak için ölçümler alınacaktır. 1. CONTROL_TYPE = 'AUTO_PV' ile setup_srv02_exp02_pos.m komut dosyasını çalıştırınız. 2. Oransal ve hız kontrol kazançlarını giriniz. 3. Bir adım referansı oluşturmak için, SRV02 Sinyal Oluşturucunun aşağıdakilere ayarlandığından emin olunuz: Sinyal tipi = kare Genlik = 1 Frekans = 0.4 Hz 4. Genlik (rad) kazanç bloğunu π/8 olarak ayarlayın ve 45 derecelik genliğe sahip bir adımı oluşturunuz. 5. SRV02 yük dişlisinin kalıcı hal hatasını, aşma yüzdesini ve tepe zamanını ölçünüz. Sonuçları Sorular C bölümüne yazınız PV Kontrol Kullanılarak Rampa Girişin Uygulanması Bu deneyde amaç, sistemin üçgen (rampa) pozisyon girişini ne kadar iyi takip edebildiğini incelemektir. 1. Bir üçgen referansı oluşturmak için, SRV02 Sinyal Oluşturucunun aşağıdakilere ayarlandığından emin olunuz: Sinyal tipi = üçgen Genlik = 1 Frekans = 0.8 Hz 2. Genlik (rad) kazanç bloğunu π/3 olarak ayarlayınız. 3. Kalıcı hal hatasını ölçünüz ve daha önce elde edilen teorik sonuçla karşılaştırınız. Sonuçları Sorular C bölümüne yazınız PIV Kontrol Kullanılarak Rampa Girişin Uygulanması Bir rampa girişini takip ederken kararlı durum hatasının giderilip giderilemeyeceğini görmek için PIV Kontrolcü tasarlayınız. Bu deneyde, PIV kontrol cihazı kullanılarak disk yükünün açısal pozisyonunu kontrol edeceğiz. Amaç, sistemin üçgen (rampa) pozisyon girişini ne kadar iyi takip edebildiğini incelemektir. 29

30 5.2 deki ayarlamaları yaparak deneyi PIV kontrolcü için tekrarlayınız. Sonuçları Sorular C bölümüne yazınız. 30

31 Sorular A 1. Yük şaft hızının dinamik davranışını motor giriş voltajının bir fonksiyonu olarak tanımlayan bir denklem (21) elde ettik. Bu denklemi kullanarak transfer fonksiyonunu bulunuz. 2. Modelin kalıcı hal kazancını (K) ve zaman sabitini (τ), Jeq, Beq,v ve Am parametreleri cinsinden bulunuz. 3. Teknik Özellikler tablosunda verilen sistem özelliklerini kullanarak Beq,v ve Am model parametrelerini hesaplayınız. 4. Motor milindeki atalet momentini hesaplayınız. (Jm = Jtach + Jm,rotor) 5. Dişlilere ait toplam atalet momentini Jg bulunuz. 6. Disk yükünün yük şaftına bağlı olduğunu varsayarsak, disk yükü Jext,l ve toplam yük atalet momentini Jl bulunuz. (Jl = Jg +Jl,ext) 7. Eşdeğer atalet momentini bulunuz. 8. Sistem modeli kazancı K ve zaman sabiti τ değerlerini hesaplayınız. 31

32 Sorular B 1. kp ve kv kontrol katsayılarını ωn ve ζ cinsinden bulunuz. 2. Denklem daki istenen özellikleri sağlayan sönüm oranı ve doğal frekans değerlerini elde ediniz. 3. Denklem daki istenen özellikleri sağlayan kp and kv kontrol katsayılarını daha önce bulunan K ve τ değerlerini kullanarak bulunuz. 4. PV kontrollü kapalı devre sistemi için, kalıcı hal hatasını bulunuz ve R0 = 3.36 rad/s eğimli bir rampa ile sayısal olarak değerlendiriniz. Daha önce bulunan kontrol kazançlarını kullanınız. 5. SRV02, maksimum Vmax=10V gerilimi ile beslendiğinde, 1 saniye içinde yukarıda hesaplanan kararlı durum hatasını ortadan kaldırabilmesi için integral kazancı ne olmalıdır? 32

33 Sorular C 1. PV kontrol, rampa tepkisindeki kalıcı hal hatasını ortadan kaldırmak için nasıl modifiye edilebilir? 2. Önerilen kontrolcünüzün bağımsız ve bağımlı değişkenlerini listeleyin. İlişkilerini açıklayız. 3. Bu kontrol tasarımında yaptığınız varsayımları listeleyiniz. Varsayımlarınızın nedenlerini belirtiniz. Sonuçlar Tanım Sembol Değer Birim PV Kontrol Kullanılarak rampa girişe karşı Kalıcı hal hatası ess rad Basamak cevap simulasyon sonuçları Tepe zamanı tp 0.20 s Aşım oranı PO 5.0 % Kalıcı hal hatası ess 0.00 rad Basamak cevap deney sonuçları Tepe zamanı tp s Aşım oranı PO % Kalıcı hal hatası ess rad PV Kontrol Kullanılarak rampa girişe karşı Kalıcı hal hatası simulasyon sonucu ess rad PV Kontrol Kullanılarak rampa girişe karşı Kalıcı hal hatası deney sonucu ess rad PIV Kontrol Kullanılarak rampa girişe karşı Kalıcı hal hatası simulasyon sonucu ess rad PIV Kontrol Kullanılarak rampa girişe karşı Kalıcı hal hatası deney sonucu ess rad 33

34 SRV02 TEKNİK ÖZELLİKLER Aşağıdaki tablolar SRV02 ile ilişkili ana parametreleri listeler ve karakterize eder. Bunlardan bazıları matematiksel modelde kullanılır. Dişliler hakkında daha ayrıntılı bilgi ikinci tabloda verilmektedir. Sembol Değer Değişim Vnom 6.0 V Rm 2.6 Ω ± 12% Lm 0.18 mh kt N-m/A ± 12% km V/(rad/s) ± 12% Kg 70 ηm 0.69 ± 5% ηg 0.90 ± 10% Jm,rotor kg-m 2 ± 10% Jtach kg-m 2 ± 10% Jeq kg-m 2 Beq mb Lb md rd mmax f Imax ωmax N-m/(rad/s) kg m 0.04 kg 0.05 m 5 kg 50 Hz 1 A rad/s 34

35 GÜZ DÖNEMİ OTOMOTİV DENEYİ 1. DENEY ADI: Otomotiv I (Otto Motor Elemanları) Deneyi 2. DENEYİN AMACI: Benzinli bir motorun demonte ve montajının uygulaması ve bazı motor elemanlarının boyutlarının belirlenmesi 3. TEORİK BİLGİLER VE TANIMLAR Motorlar, yakıtın sahip olduğu kimyasal enerjiyi yanma tepkimeleriyle beraber ortaya çıkan ısı enerjisinden, mekanik işe dönüştüren makinelerdir. Motorları, yakıtın yakıldığı ortama bağlı olarak, içten yanmalı ve dıştan yanma motorlar olarak iki ana başlıkta sınıflandırmak mümkündür. Bizim konumuzu oluşturan içten yanmalı motorlar ise yanmanın başlama mekanizmasına bağlı olarak kıvılcım ateşlemeli motorlar ve sıkıştırma ateşlemeli motorlar olarak iki ana başlıkta gruplandırılmaktadır. Bilindiği üzere kıvılcım ateşlemeli motorlar, çalışma prensipleri açısından Otto ideal çevrimine daha yakın bir karakteristikte iken sıkıştırma ateşlemeli motorlar ise Diesel ideal çevirimine daha yakın bir karakter sergilemektedir. Otto çevrimini ideal çevrim olarak kabul ederek bu çevrime mümkün mertebe yakın çalışmayı hedefleyen ve yakıt olarak yaygın olarak benzin, likit petrol gazı (LPG) gibi yakıtlarını kullanan motorlarda ilk alev çekirdeğinin oluşumu, sağlıklı çalışma şartlarında, bir dış etki ile mümkündür. Sıkıştırma stroğunun sonlarına doğru yanmaya başlayan yakıt hava karışımını tutuşturmak silindir içerisinde bulunan ve 20000V civarında bir verilim veren buji merkez elektrodu ile tırnağı arasında oluşan kıvılcım yardımıyla gerçekleşmektedir. Genel olarak kıvılcım ateşlemeli ve sıkıştırma ateşlemeli motorların çalışma mekanizmaları ve işletme parametrelerine dair geçmiş derslerde yeterince teorik bilginin sunulması sebebiyle bu başlık altında bu kısımlardan ziyade içten yanmalı motor elemanlarına dair bilgi verilecektir. Bilgi verilecek motor elemanlarının bir kısmı piston, segman gibi çevrim tipinden bağımsız olarak tüm içten yanmalı motorlarda kesin olarak bulunan elemanlardan oluşurken bir kısmı da ateşleme bujisi gibi sadece Otto çevrimini ideal çevrim kabul eden kıvılcım ateşlemeli içten yanmalı motorlarda mevcut olan elemanlardır. 35

36 İçten Yanmalı Motorların Temel Elemanları: Motor Bloğu: Motor bloğu içten yanmalı motorların en büyük parçalarından biridir. Motor bloğu diğer tüm motor elemanlarına gövdelik yapmaktadır. Motor bloğunun iç yüzeyi piston ve segmanların hareket ettiği silindiri barındırır. Dolayısıyla motor bloğunun iç yüzeyi yüksek yanma basıncı ve sıcaklıklara maruz kalmaktadır. Bu sebeple motor bloğu yüksek basınca dayanıklı malzemeden yapılmalı ve gerekli ısı transferine izin verecek özellikte olmalıdır. Motorlar soğutma sistemine göre su soğutmalı ve hava soğutmalı olarak iki grupta kategorize edilebilir. Su soğutmalı motorlarda soğutma kanalları motor bloğunun içerisinde dış kısım ile silindir cidarları arasında kalan bölümde konumlanmıştır. Hava soğutmalı motorlarda ise bloğun dış yüzeylerinde hava kanatçıkları yer almaktadır. Görünüş olarak daha karmaşık geometriye sahip olan motor bloğu döküm yoluyla imal edilir ve ardından istenen yüzey kalitesi ve formunu oluşturabilmek için talaşlı imalat proseslerine tabi tutulur. Döküm malzemesi olarak dökme demir tercih edilebildiği gibi son yıllarda alüminyum motor blokları oldukça popülerdir. Döküm malzemesi olarak alüminyum tercih edilmişse silindir yüzeyleri çelik kovanlarla desteklenmektedir. Silindir Kafası: Motor bloğunun alt ve üst kısımları her iki yandan da açık durumdadır. Bu sebeple kendi başına kapalı bir hacim yaratamazlar. Silindir kafası yanma odasının üst kısmını kapatarak çevrimin gerçekleşmesini bir yandan mümkün kılarken diğer yandan da motorun çalışabilmesi için zorunlu olan supapları, motor tipine bağlı olarak buji ve enjektörleri de üzerinde bulundurur. Silindir kafası döküm yoluyla imal edilir, bununla birlikte belli yüzeyleri talaşlı imalata tabi tutulur. Motor bloğu ile birleştirilirken arada silindir kafa contası kullanılır. Silindir kafası aynı zamanda emme ve egzoz manifoltları ile supap oturma yüzeyi bölgesi yani dolgu ve ya havanın silindire giriş bölgesi arasında irtibatı sağlamaktadır. Silindir kafasında iç 36

37 bir kanal aracılığıyla bu işlem gerçekleştiği için burada yüzey pürüzlülüklerinin mümkün olduğunca düşük tutulması volumetrik verimin yüksek tutulması için önem arz etmektedir. Zira bu kanal geometrisi gereği geleneksel talaş kaldırma metotlarıyla işlenememektedir. Piston: Bilindiği üzere içten yanmalı motorlar yakıtın sahip olduğu kimyasal enerjisinin yanma sonucunda ısı enerjisine dönüşmesi ve bu ısı enerjisinin de hareket enerjisine dönüştürülmesi prensibiyle çalışmaktadır. Isı enerjisinin mekanik hareket enerjisine dönüştürülmesi işlemi piston sayesinde mümkün olmaktadır. Sıkıştırma stroğu sonlarında hacmi küçülen gazların sıcaklık ve basıncı artış gösterir, bu sürecin ardından gerçekleşen yanma ile birlikte yanma odası sıcaklık ve basınçları artış göstermektedir. Böylelikle yanma odası içerisindeki iş gazının entalpisi artış gösterir ve piston üst yüzeyine pozitif iş yaparak, pistonu alt ölü noktaya doğru deplasmana zorlar. İlerleyen maddelerde değinilecek olan bazı yardımcı elemanların da yardımıyla piston gidip-gelme hareketi gerçekleştirir ve hareket oluşturulmuş olur. Piston, piston tacı ve piston eteği olarak iki kısımda incelenmektedir. Piston tacı doğrudan yanma odası ile temas halinde olan kısımdır. Piston üst yüzeyi yanmanın ortaya çıkış mekanizmasına ve yakıt-hava karışımının oluşturuluş biçimine göre farklı geometrik şekillere sahip olabilmektedir. Pistonlar dökme demir ve alüminyum alaşımlı malzemelerden yapılmaktadırlar. Pistonlar silindir içerisinde sürekli olarak değişken ivme ve hızlarda hareket icra etmektedir. Buna bağlı olarak değişken ivmeler altında ciddi atalet kuvvetleri ortaya çıkmaktadır. Aynı zamanda motor hızının da değiştirilmek istendiği süreçlerde de pistonun ataleti kendini bir sorun olarak var etmektedir. Bu sebeple piston malzemesi özellikle yüksek hızda çalışan motorlar için daha ziyade en yüksek dayanım/özgül kütle oranını veren malzeme olan alüminyum alaşımlarından tercih edilmektedir. Döküm oluşturan segman yuvaları ve etek kısmının yanma odasına bakan yüzeyleri hassas talaşlı imalat proseslerine tabi tutulur. 37

38 Krank Mili: İçten yanmalı motorlardan elde edilen dönme hareketi krank mili sayesinde mümkündür. Daha önce değinildiği üzere pistonlar gidip gelme hareketi yapmaktadır. Krank mili ise biyel yardımıyla pistonun sahip olduğu öteleme hareketini üzerinde sahip olduğu mil ekseninden kaçık ve stroğa göre konumlandırılmış muyluların hareketi sonucunda krank mili ana ekseni üzerinde dairesel hareket yaratır. Krank mili tek bir eksen üzerinde düzgün dağılmış bir kütlesel kompozisyona sahip değildir. Öte yandan da biyel ile temas sonucunda ek kütlesel kuvvetlere maruz kalmaktadırlar. Bu sebeple de krank millerinin dinamik olarak dengelenmesi gerekmektedir. Bu amaçla krank mili üzerinde dinamik dengenin sağlanması amacıyla karşı ağırlıklar konulur. Krank milleri döküm yoluyla imal edilirler. Ardından biyel ile temas halinde çalışan kısımlar ve yataklar düşük pürüzlülüğe sahip olacak şekilde talaşlı işleme tabi tutulur. 38

39 Biyel: Biyel pistonun doğrusal hareketinin krankın dairesel hareketine dönüştürülmesinde aracı olarak işlev görür. Bir başka deyişle pistonun hareketini krank miline iletmekle görevlidir. Biyel üzerinde iki dairesel kanal bulunmaktadır. Bu dairesel kanallardan küçük olanı piston ile irtibatlandırılır ve biyel küçük başı olarak adlandırılır. Altta kalan kısım ise daha büyük çapa sahiptir ve yarım ay şeklindedir. Bu kısım da bir başka yarı ay şeklinde bir parça olan biyel kepiyle beraber krank miline bağlanır. Biyeller döküm yoluyla imal edilmektedir. Bileşik gerilmelere maruz kaldığı için atalet momentini arttırmak için I profilli bir ana gövdeye sahiptirler. Perno: Piston üzerinde bulunan yatak ile biyel küçük başının birbiriyle irtibatlandırılmasını sağlamaktadır. Piston üzerinde mevcut olan silindirik delik ile biyel küçük başı eş eksenli konuma getirilir ve perno vasıtasıyla biyel piston üzerinden hareket alır. Pernonun merkezi ekseni boyunca hareket etmesini engellemek amacıyla yaylanma kabiliyeti olan çelik sarmal stoperler kullanılır Segmanlar: Segmanlar motor sürtünmelerin düşürülmesi ve termal kilitlenmeleri önlemek amacıyla piston ve silindir arasında konuşlandırılmış elemanlardır. 39

40 Yanma odası içerisinde çevrimin belli bir kısmında oldukça yüksek sıcaklıklar görülmektedir. Bu süreçte piston ile iş gazı arasında ciddi boyutlarda ısı transferi meydana gelmektedir. Bu süreçte ısınarak sıcaklığı artan pistonun genleşmesi ve silindir cidarlarına temas riski bulunmaktadır, bu durum şiddetlenirse termal kilitlenmelere yol açacak ve hareketi imkansız hale getirecek ya da aşınmayla sonuçlanacaktır. Öte yandan piston dinamiği açısından piston hareketi incelendiğinde tam anlamıyla doğrusal hareketten söz edemeyiz. Esasen piston gerek termal kilitlenme riskini ortandan kaldırmak gerekse de geniş bir yüzeyin birbiriyle temasından doğacak büyük sürtünme kuvvetlerinden dolayı birbiriyle temasta bulunmaz. Bu durum ancak belli anormal çalışmalarda görülmektedir. Bu iki parçayı birbirinden ayırmak, sürtünme yüzey alanını daha küçük değerlere sıkıştırmak, pistona kılavuzluk ederek pistonun doğrusal hareket etmesini sağlamak, fazlaca ısınan pistonun ısıl yükünü atmasını sağlamak segmanın başlıca görevleri arasında yer almaktadır. Segmanlar yay çeliğinden üretilerek yüzey sertleştirme proseslerine tabi tutulur. Piston hareket yönünün değiştiği süreçlerde piston üzerindeki segman oturma yüzeyleri değişeceğinden dolayı segmanların darbe yüklerine karşı yeterli mukavemete sahip olmaları ve yüksek ısı transfer katsayısına sahip olması istenmektedir. Bir çok motorun pistonu üzerine üç adet segman bulunmaktadır. Bu segmanlar birinci kompresyon segmanı, ikinci kompresyon semanı ve sızdırmazlık segmanıdır. Yanma odası basıncı büyük oranda (%70 dolaylarında) birinci kompresyon segmanı tarafından karşılanmaktadır. Bu sebeple ikinci kompresyon segmanına nazaran daha kalın bir yapıya sahip olup çoğunlukla krom ile kaplanırlar. İkinci kompresyon segmanı ise genellikle nikel ile kaplanır. Sızdırmazlık segmanı aynı zamanda yağ sıyırma segmanı olarak da adlandırılmaktadır. Yük taşıma üzerinde pek bir etkisi bulunmayan bu segmanın yapısal olarak da silindir cidarında biriken fazlalık yağı yüzeyden kaldıracak farklılığa sahiptir. 40

41 Karter: Karter motor bloğunun alt kısmının atmosfer ile bağlantısını kopartan elemandır. Motoru alttan gelecek darbelere karşı korur. Aynı zamanda motor yağlama yağı için rezervuar işlevi görmektedir. Motor yağı karterde birikir ve sonrasında tekrardan buradan bir pompa yardımıyla yağlama kanallarına sevk edilir. Yağlama yağı karterde geçirdiği süre zarfında karter ile ısı transferi gerçekleşir ve yağlama yağı sıcaklığını düşürür. Böylelikle yağlama yağının yapısını bozacak sıcaklıklardan kaçınılmış olur. Karter çelik ve ya alüminyum malzemeden yapılmaktadır. Stasyoner motorlarda karter geometrisi karmaşıksa dökme demir de karter malzemesi olarak kullanılabilmektedir. Külbütör Mekanizması: Külbütör mekanizması supapların işleyişiyle yakından ilintilidir. Kam mili tarafından tahrik alan supaplar bir dizi ara elemandan geçerek supapları açmaktadır. Bu mekanizma ise külbütör mekanizması olarak adlandırılmaktadır.supap fincanı, itici yaylar, ayar şimi, külbütör kolu gibi elemanları barındırmaktadır. Alttan eksantrikli motorlarda ilaveten itici çubuklar da bulunmaktadır. Külbütör Kapağı: Kam millerini ve supap mekanizmasının hareketini mümkün kılan külbütör mekanizmasının muhafazası amacıyla kullanılır. Güncel motorlarda alüminyum ve 41

42 ya ısı tesirinden yeteri kadar uzaklaşıldığı için kompozit plastik malzemelerden imal edilmektedir. Kam Mili: Kam mili supapların açılıp kapanmasını sağlamaktadır. Dolayısıyla içten yanmalı motorlarda dolgu değişimi sürecinde görev alırlar. Kam mili krank mili ile akortlu olarak çalışmaktadır. Kam mili, krank milinden ile bir kasnak-triger kayışı ya da dişli çark-zincir ikilileriyle hareket almaktadır. Dört stroklu motorlarda krank milinin her iki turu için kam mili bir tur atarken iki stroklu motorlarda krank milinin her bir turuna karşı kam mili de bir tam tur atar. Kam milinin, supap tahriki, üzerindeki yürek profillerinin supap mekanizmasını aşağı yönlü deplase etmesiyle gerçekleşmektedir. Yürek profilinin çeşitli noktalarının mil ana merkezinden uzaklıklarının farklı olması sebebiyle kam milleri, eksantrik mili olarak da adlandırılmaktadırlar. Güncel uygulamalarda mekanik olarak şekilsel olarak ya da çeşitli hidrolik ek tertibatlar ile kam millerinin supapları açıp kapatma süresi bir miktar değiştirilebilmektedir. Motorlar alttan ve üstten eksantrikli olabilmektedir. Ancak güncel uygulamalarda üstten eksantrik tercih sebebidir. Manifoldlar: Maniflodlar yanma odasına iş gazı taşımak ve uzaklaştırmakla görevli motor elemanlarıdır. Motor üzerinde emme ve egzoz manifoldu olarak iki tip manifold bulunmaktadır. Manifoldlar yanma odasına iş gazı taşırken emme kanalında tek bir hattan gelerek en az silindir sayısı kadar kola ve ya silindir sayısının katları kadar kola ayrılarak dolgu taşıma işlemini yerine getirmektedir. Bu sebeple geometrik olarak zorunlu bir şekilde akışa karşı 42

43 direnç oluşturmaktadırlar. Özellikle emme manifoldunda ortaya çıkan dirençler silindir içerisine emilecek taze iş gazının miktarını düşüreceği için oldukça hayatidir. Manifoldların iç yüzeyleri ise talaşlı işlemeye şekilleri itibariyle pek müsait değildir. Üretim açısından da döküm yoluyla üretilebilmektedirler. Bu sebeple iç kısımlarda maça pürüzleri bulunmaktadır ve volumetrik verimi düşürmektedir. Bunun önüne geçmek için günümüz motorlarında emme manifoldları nispeten yüksek sıcaklığa dayanıklı plastik malzemeden üretilmektedir ve düşük yüzey pürüzlülükleri ile akışa karşı dirençler düşürülerek volumetrik verim kaybı azaltılmaktadır. Isı tesiri altındaki kısım ise kafa bölgesi içerisinde kalmaktadır. Bu kısım içinse daha önceden belirtildiği üzere alüminyum tercih edilmektedir. Fakat egzoz sıcaklıklarının yüksek oluşu sebebiyle aynı malzeme seçimi egzoz manifoldu için pek mümkün değildir. Öyle ki yüksek motor yükü ve yüksek devir altında gerek egzoz gaz sıcaklıklarının yükselişi gerekse de artan devir ile beraber manifold sıcaklığı iyice artmaktadır. Bu sebeple egzoz manifodları dökme demir malzemeden imal edilmektedir. Az önce bahsi geçen şartlarda dökme demir manifoldların dahi yanma odasına yakın yerlerinde malzeme üzerinde korlaşma gözlemlenmektedir. Bazı uygulamalarda çelik malzemenin kaynaklı birleştirilmesiyle de egzoz manifoldlarının imal edildiği göze çarpmaktadır. Egzoz hattındaki kayıplar yüksek sıcaklık, daha yüksek basınç sebebiyle aerodinamik olarak daha fazla kayba maruz kalmaktadır. Ancak bu durum tahliyenin daha yüksek basınçlı ortamdan daha düşük basınçlı ortama doğru akışından kaynaklı ve piston süpürme işinden kaynaklı olarak emme manifoldundaki kadar hayati değildir. Ancak yine de mümkün mertebe kayıplar azaltılarak egzoz gazlarının daha kolay tahliyesi gereklidir. Böylece motor elemanları gereksiz sıcaklık artışlarından korunur, negatif egzoz süpürme işi azalır ve art gaz katsayısı düşüş gösterir. Bunlar da motor efektif verimi üzerinde olumlu rol oynar. Bu amaçla her iki manifoldun da tasarımından keskin köşelerden kaçınılmalı, bazen belli hava hareketleri kazandırmak için bazen de tasarımsal olarak mevcut olan kavisli bölgeler akış formunu çok etkilemeyecek formda olmalıdır. 43

44 Buji: Kıvılcım ateşlemeli motorlarda sağlıklı yanmanın başlatılmasından bujiler sorumludur. Her silindir içerisinde en az bir adet olmakla beraber sayıları hedeflenen amaca dönük olarak belli bir değere kadar çıkabilmektedirler. Bir merkez elektrod ve tırnak bölgesinden oluşan bujiler 20kV gibi oldukça yüksek bir gerilimle beslenirler. Merkez elektrod bölgesinden tırnak bölgesine ark geçişi ile kıvılcım yaratılmış olur ve yanma odasındaki tutuşmaya hazır dolgu yanmaya başlar. Karbüratör: Günümüz taşıt motorlarında karbüratörler yer almamaktadır. Ancak halen daha belli amaçlara dönük olarak kullanılan kıvılcım ateşlemeli motorlarda dolgu tevziini sağlamak amacıyla karbüratörler kullanılabilmektedir. Öte yandan karbüratör barındıran motora sahip araçlara hala karayollarında rastlanabilmektedir. Karbüratör içerisinde yakıt ile dolu bir sabit seviye kabı bulunmaktadır.bu sabit seviye kabı yakıt hattı tarafından beslenmektedir. Ana haznenin çıkışından ince bir boru bulunmaktadır ve bu boru venturi bölgesine kadar uzanır. İnce borunun uç kısmı ana haznedeki yakıt seviyesi ile aynıdır ve buradan yakıt emme kanalına karıştıkça sabit seviye kabına yakıt girişi gerçekleşir. Venturi bölgesi emme hattı içerisinde var olan bir darboğazdan ibarettir. Bu bölgede kesit daralmasıyla beraber kütle sürekliliği uyarınca hız artar ve Bernoulli denklemi uyarınca akışkan hızının artmasından dolayı basınç düşüşü gözlemlenir. Düşük basınç bu bölgede kısmi vakum etkisi yaratarak ucunda yakıt olan memeden yakıt çeker. Karbüratörler basit halleriyle değişken hız ve yükler altında karışım oranını tam olarak gerçekleyemez. Bu amaçla sabit yük ve hız altında çalışılmayacaksa ki taşıt motorları oldukça geniş hız ve yük altında çalışmaktadır, karışım oranını daha düzgün bir şekilde ayarlamak için ivmelenme düzeneği, ekonomi düzeneği, tam yük düzeneği ve relanti düzeneği gibi ek düzeneklere sahiptir. 44

45 Enjektörler: Kıvılcım ateşlemeli motorlarda enjektör kullanımı karbüratörün yetersizliklerini ortadan kaldırmak amacıyla başlamıştır. İlk olarak tek bir enjektör ile manifolttan püskürtme uygulanırken günümüzde her silindir için ayrı enjektör barındıran porttan püskürtme ve direkt püskürtme teknolojileri de uygulanmaktadır. Hatta tıpkı güncel dizel enjektörleri gibi kademeli püskürtme yapan benzin enjektörleri de bulunmaktadır. Manifolttan püskütmeli sistemlerde püskürtme basıncı 4-5bar dolaylarındayken direkt püskürtmeli benzin enjektörlerinde püskürtme basıncı bar dolaylarına çıkmaktadır. Karışım tevziinin karbüratör yerine enjektörler ile yapılmasıyla püskürtme miktar ve zamanlaması daha hassas ayarlanabilmekte ve motorun istenilen işletme şartına geçiş kabiliyeti iyileşmekte, daha sağlıklı ve ekonomik işletme şartları gerçeklenebilmektedir. Supaplar: Açık çevrime göre çalışan içten yanmalı motorlar çevrimin belli süreçlerinde iş gazı girişi ve egzoz gazı çıkışı gerçekleştirmektedirler. Dolgu değişimi işlemi yanma odasında 45

46 silindir kafası üzerinde konumlanmış olan supapların açılıp kapanmasıyla mümkündür. Supaplar hareketlerini kam milinden almaktadır. Kam mili üzerindeki kaçıklığa bağlı olarak deplase olurlar ve silindir içerisine iş gazı girişi ya da dolgu çıkışında görev alırlar. Emme supapları volumetrik verimi arttırmak amacıyla bir miktar daha büyük yapılırlar. Egzoz supapları nispeten daha yüksek sıcaklıklara maruz kalmaktadır. Bu sebeple daha dayanıklı olmaları gerekmektedir. Ayrıca yüksek sıcaklık maruziyeti sebebiyle egzoz supabı tabla çapı termal yüklere maruz kalmaktadır ve yüzey alanı/hacim oranını arttırarak termal yükü üzerinden atabilmesi için tabla çapı sınırlanmıştır ve genellikle emme supaplarından daha küçük tabla çapına sahiptirler. Ateşleme Bobini: Burada bujilerin ihtiyacı olan yüksek gerilim üretilir. Ateşleme bobini 12V olan akü gerilimini 20kV dolaylarına çıkartmaktadır. 46

47 Konu: Benzinli bir motorun demonte ve montajının uygulaması ve bazı motor elemanlarının boyutlarının belirlenmesi Deneyin Amacı: Motoru var eden elemeanların ayrı ayrı işlevlerinin teorik ve uygulamalı olarak tanıtılması Motor elemanlarının bir bütün halinde çalışma mekanizmasının görsel ve uygulamalı olarak tanıtılması Motorun tasarım parametrelerine dönük bilgi kazanılması Kıvılcım ateşlemeli motorların, sıkıştırma ateşlemeli motorlara göre yapısal farklılıklarına dönük bilgi kazanılması ve uygulamalı olarak öğrenciye aktarılması Temel motor elemanlarının boyutlarının tespiti Deneyin Yapılışı: İlk olarak demonte edilecek motorun içerisinde yağlama yağı bulunuyorsa, yağ tapası açılarak bu delik aracılığıyla yağlama yağı karterden tahliye edilir. Emme ve egzoz manifoldları sökülür Enjektörler ve ateşleme sistemi sökülür Silindir kafasında yer alan mekanizmaları muhafaza etmekle görevli olan üst kapağın üzerindeki civatalar sökülerek açılır. Karteri motor bloğuna irtibatlandıran civatalar sökülerek karter motor bloğundan ayrılır. Böylelikle krank mili ve yatakları görünür hale gelir. Motor üzerinde bulunan triger kayışı ve ya zinciri sökülür. Bunun için dış kısımda bir muhafaza bulunuyorsa bu da sökülmelidir. Kam mili yatakları sökülerek kam milleri boşa çıkartılır ve demonte edilmiş olur. Kam milinin sökülmesinin ardından supap fincanları ve külbütör mekanizması sökülür. 47

48 Dolgu değişim mekanizmasının büyük oranda sökülmesiyle silindir kafasının saplamalarına ulaşmak mümkün hale gelir. Bu adımda da silindir kafa saplamaları çıkartılarak silindir kafası alınmış olur. Biyel büyük başında biyel kepi sökülerek, piston biyel ile beraber motor bloğundan ayrılır. Piston üzerinde perno yayı yuvasından çıkartılır ve perno sökülür. Krank ana yatakları sökülerek krank mili motor bloğundan ayrılır. Bu sürecin ardından tekrardan sökülen parçaların montajına geçilir. Montaj sırası demonte sürecindeki sıralamaya göre tersten işlemektedir. Ancak pistonun tekrardan motor bloğuna yerleştirilmesi esnasında özel bir aparat olan segman pensesi kullanılmalıdır. İstenenler; 1- Deney esnasında söktüğünüz örnek benzinli motor biyel kolunu ölçerek, teknik resmini çiziniz. Çizdiğiniz biyel kolunun, dizel motor biyel kolundan farklarını ve de çalışma şartlarını yazınız. 2- Biyel kolunun üretim yöntemlerini açıklayınız. 3- Örnek bir benzinli motora ait biyel kolu bularak, bunun hangi motorlarda kullanıldığını ve özelliklerini belirtiniz. 48

49 GÜZ DÖNEMİ OTOMOTİV DENEYİ 1. DENEY ADI: Otomotiv II (Dizel Motor Elemanları) Deneyi 2. DENEYİN AMACI: Dizel bir motorun demonte ve montajının uygulaması ve bazı motor elemanlarının boyutlarının belirlenmesi 3. TEORİK BİLGİLER VE TANIMLAR Dizel Motorların Çalışma Prensibi (Dört Zamanlı) Dizel motorlar, benzinli motorlardan farklı olarak havanın çok yüksek basınç ve sıcaklık değerlerine kadar sıkıştırıldığı, bu yüksek sıcaklıktaki havanın üzerine basınçlandırılmış yakıtın püskürtülmesi ile yanmanın ve dolayısıyla iş eldesinin gerçekleştiği motorlardır. Dizel motorlarda yanma, yüksek basınç ve sıcaklığın etkisiyle kendiliğinden gerçekleşir. Dizel motorlarda yakıtın yakılması sonucu iş eldesi 4 aşamada gerçekleşir: 1- Emme Stroku: Bu strokta emme valfleri açılır, atmosferden alınan hava pistonun Üst Ölü Noktadan Alt Ölü Noktaya hareketi ile silindir içine dolar. 2- Sıkıştırma Stroku: Sıkıştırma stroku, pistonun yukarı doğru hareketi ile silindir içindeki havanın yüksek basınç ve sıcaklıklara sıkıştırıldığı stroktur. Sıkıştırma stroku sonunda havanın sıcaklığı yaklaşık olarak 900 C ye kadar yükselir. Bu strok boyunca emme ve egzoz valfleri kapalıdır. 3- Yanma (Genişleme) Stroku: Çok yüksek basınçtaki ( bar) yakıtın, yüksek sıcaklık ve basınca sahip havanın üzerine püskürtülmesi ile patlama elde edilir. Bu patlamanın etkisi ile piston aşağı doğru hareket eder. Motordan iş elde edilen stroktur. 4- Egzoz Stroku: Yanma sonucu meydana gelen yanma ürünlerinin ve artık gazların egzoz kanalından dışarı atıldığı safhadır. Bu strokta egzoz valfi açılır ve pistonun yukarı doğru hareketi ile egzoz gazları dışarı atılır. Dizel Motor Elemanları Motor Bloğu: Motorun ana gövdesini oluşturur. Pistonlara ve krank miline yataklık yapar. İçerisinde silindirler, krank mili, pistonlar; dışarısında ise volan, su pompası, yağ filtresi gibi elemanlar bulunur. Dizel motorlarda motor blokları, yüksek sıkıştırma oranlarına ve yüksek torka dayanıklılıkları sebebiyle yaygın olarak dökme demirden yapılır. 49

50 Şekil 1. Motor Bloğu Piston: Motor bloğunun içindeki silindirlerde yer alan ve aşağı-yukarı yönlü hareket eden parçadır. Piston, bu hareketiyle silindir içerisindeki strokların meydana gelmesini sağlar. Piston, biyel kolu ile krank miline bağlanır ve krank milinin döndürür. Bu dönme hareketi ile pistonlardaki doğrusal hareket dairesel harekete çevrilir. Pistonlar, silindir kapağıyla beraber yanma odalarını meydana getiren, motorun en önemli elemanlarından biridir. Pistonun baş kısmında yer alan oyuklar değişik tipte yanma odalarını meydana getirir. Şekil 2. Piston ve Biyel kolu Biyel Kolu: Pistonla krank milini birbirine bağlayan parçadır. Piston tarafına piston pimi, krank mili tarafına ise biyel başı ve biyel kepi adı verilen kısımlar ile bağlanır. Biyel kolları genellikle çelik alaşımlardan üretilirler. Şekil 3.:Biyel kolu ve elemanları Krank Mili: Krank mili, pistondan gelen doğrusal hareketin biyel kolu yardımıyla aktarıldığı ve dairesel harekete dönüştürüldüğü motor elemanıdır. Biyelin bağlandığı muyluların karşısına yerleştirilen karşıt ağırlıklar, muyluda meydana gelen merkezkaç kuvvetlerini 50

51 dengeleyerek krankta meydana gelen titreşimleri minimuma indirir. Krank milleri özel çelik alaşımlarından dövülerek veya dökülerek yapılır. Şekil 4. Krank mili Kam Mili (Ekzantrik Mil): Subapların açılıp kapanmasını sağlayan motor elemanıdır. Hareketini krank milinden bir zincir veya kayış yardımıyla alır. Çoğu motorda biri emme diğeri egzoz subaplarını tahrik etmek üzere 2 adet kam mili bulunur. Genellikle tek parça olarak üretilirler. Şekil 5. Kam mili Subaplar: Silindire hava girişini ve silindirden egzoz atımını sağlayan motor parçalarıdır. Motorda emme ve egzoz subabı olmak üzere iki çeşit subap bulunur. Emme subabı, emme zamanında kam mili vasıtasıyla açılıp içeriye hava alınmasını sağlar. Egzoz subabı da aynı şekilde egzoz zamanında krank mili vasıtasıyla açılıp egzoz gazlarının silindirden dışarı atılmasını sağlar. Şekil 6. Subap 51

52 Volan: Krank miline bağlı olan bu ağır kütleli motor parçası, krank milinden aldığı hareketi kavrama diski aracılığıyla vites kutusuna iletir. Ağır kütlesi sayesinde ilettiği torktaki dalgalanmayı azaltır, minimum titreşimli bir güç aktarımını sağlar. Volan, ağır kütlesinin sağladığı ataletle pistonların yukarı doğru hareketini de sağlar. Şekil 7. Volan Silindir Kapağı: Emme ve egzoz subapları, kam mili ve enjektörleri barındıran motor elemanıdır. Motor bloğunun üstünde yer alarak pistonlarla beraber yanma odasını oluşturur. Soğutma suyunun dolaştığı su kanallarına sahiptir Şekil 8. Silindir kapağı Karter: Motorun yağlanacak kısımlarına gönderilen ve geri dönen motor yağının biriktiği kısımdır. Yağın depo edilmesini ve soğumasını sağlar. Krank milinin muhafazasını sağlar. İçerisinde yağ filtresi, yağ basınç sensörü, yağ sıcaklık sensörü vb elemanlar bulunur. Motorda yağlanacak kısımlar, yağ pompası vasıtası ile karterden alınır ve gerekli yerlere iletilir. Şekil 9. Karter Emme Manifoldu: Atmosferden veya (turbo şarjlı motorlar için) egzozdan alınan havanın silindirlere gönderildiği kanaldır. Düzgün ve kesintisiz bir akış sağlamak için manifoldlara 52

53 çok az bir kavis verilir. Modern motorlarda genellikle plastik olarak üretilirler. Her bir silindir için ayrı girişi bulunur. Şekil 20. Emme Manifoldu Egzoz Manifoldu: Yanma sonucu oluşan gazların dışarı atılmasını sağlayan elemandır. Yüksek egzoz gazı sıcaklıklarına dayanabilmesi için genellikle dökme demir, çelik veya alüminyum alaşımlarından yapılırlar. Şekil 31. Egzoz Manifoldu Yağ Filtresi: Atmosferden alınan hava ile içeri giren toz ve pislikler, karbon zerrecikleri, aşınmalar sonucu ortaya çıkan metal parçacıkları sistemde dolaşan yağ vasıtası ile karterde birikir. Bu yabancı maddelerin bir kısmı karter dibine çöker veya süzgeç tarafından tutulur. Tutulamayacak kadar küçük partiküller ise yağ filtresi tarafından tutularak sisteme pompalanmaları önlenir. Bu yabancı maddeler filtre ile tutulmadığı takdirde hareketli parçalar arasında sıkışıp aşınmaya neden olabilir. 53

54 Şekil 42. Yağ filtresi Su Pompası (Devirdaim Pompası): Su Pompası, suyu motor cekerlerinde dolaştırıp motorun soğutulmasını sağlar. Su pompası, içerisinde yer alan düz veya kavisli kanatçıklar vasıtası ile suyu pompalar. Bu kanatçıkların bağlı olduğu milin diğer ucu bir kasnağa bağlıdır. Bu kasnak, bir kayış ile krank miline bağlanır ve su pompasının hareketi bu şekilde krank milinden alınır. Şekil 53. Su Pompası Rail Borusu: Alçak basınç pompasından alınan yakıtın yüksek basınç pompası yardımıyla barlara yükseltilerek gönderildiği ve depolandığı yakıt hattıdır. Bu hatta yakıt yüksek basınçta ve pompalanmaya hazır şekilde bekletilir. Rail borusunda basıncın aşırı yükselmesi durumunda yakıt, tahliye borusu ile tahliye edilir. Şekil 64. Common-Rail Boru hattı 54

55 Enjektör: Yakıtın çok yüksek basınçlarda püskürtüldüğü motor elemanıdır. İçerisinde yer alan seleoid valfin uyarılması sonucu açılan iğne ile yakıt çok yüksek basınçta püskürtülür. Enjektörler ECU den gelen bilgiler doğrultusunda, güç ihtiyacına göre açık kalma sürelerini ayarlarlar. Enjektörle püskürtme sayesinde daha iyi, daha verimli bir yanma elde edilir. Şekil 75. Diesel Enjektör 55

56 Konu: Dizel bir motorun demonte ve montajının uygulaması ve bazı motor elemanlarının boyutlarının belirlenmesi Deneyin Amacı: Motoru var eden elemeanların ayrı ayrı işlevlerinin teorik ve uygulamalı olarak tanıtılması Motor elemanlarının bir bütün halinde çalışma mekanizmasının görsel ve uygulamalı olarak tanıtılması Motorun tasarım parametrelerine dönük bilgi kazanılması Sıkıştırmalı ateşlemeli motorların, kıvılcımlı ateşlemeli motorlara göre yapısal farklılıklarına dönük bilgi kazanılması ve uygulamalı olarak öğrenciye aktarılması Temel motor elemanlarının boyutlarının tespiti Deneyin Yapılışı: İlk olarak demonte edilecek motorun içerisinde yağlama yağı bulunuyorsa, yağ tapası açılarak bu delik aracılığıyla yağlama yağı karterden tahliye edilir. Emme ve egzoz manifoldları sökülür Silindir kafasında yer alan mekanizmaları muhafaza etmekle görevli olan üst kapağın üzerindeki civatalar sökülerek açılır. Karteri motor bloğuna irtibatlandıran civatalar sökülerek karter motor bloğundan ayrılır. Böylelikle krank mili ve yatakları görünür hale gelir. Motor üzerinde bulunan triger kayışı ve ya zinciri sökülür. Bunun için dış kısımda bir muhafaza bulunuyorsa bu da sökülmelidir. Kam mili yatakları sökülerek kam milleri boşa çıkartılır ve demonte edilmiş olur. 56

57 Kam milinin sökülmesinin ardından supap fincanları ve külbütör mekanizması sökülür. Dolgu değişim mekanizmasının büyük oranda sökülmesiyle silindir kafasının saplamalarına ulaşmak mümkün hale gelir. Bu adımda da silindir kafa saplamaları çıkartılarak silindir kafası alınmış olur. Biyel büyük başında biyel kepi sökülerek, piston biyel ile beraber motor bloğundan ayrılır. Piston üzerinde perno yayı yuvasından çıkartılır ve perno sökülür. Krank ana yatakları sökülerek krank mili motor bloğundan ayrılır. Bu sürecin ardından tekrardan sökülen parçaların montajına geçilir. Montaj sırası demonte sürecindeki sıralamaya göre tersten işlemektedir. Ancak pistonun tekrardan motor bloğuna yerleştirilmesi esnasında özel bir aparat olan segman pensesi kullanılmalıdır. İstenenler, 1- Deney esnasında söktüğünüz örnek dizel motor pistonunun ölçerek, teknik resimini çiziniz. Çizdiğiniz pistonun, benzinli motor pistonundan farklarını ve de çalışma şartlarını yazınız. 2- Pistonun üretim yöntemlerini açıklayınız. 3- Örnek bir dizel motora ait bir piston bularak, bunun hangi motorlarda kullanıldığını ve özelliklerini belirtiniz. 57

58 GÜZ DÖNEMİ BUHAR KAZANLARI DENEYİ 1. DENEY ADI: Buhar Kazanları 2. DENEYİN AMACI: Buhar Kazanlarının İncelenmesi 3. TEORİK BİLGİLER VE TANIMLAR Buhar Kazanı: Herhangi bir yakıtın (Katı, Sıvı, Gaz) yakılması sonucu veya elektrik veya nükleer enerji kaynağı kullanılarak sudan istenilen sıcaklık, basınç ve miktarda buhar elde etmeye yarayan basınçlı kapalı bir kaptır. Şekil 1 de buhar kazanını şematik olarak gösterilmiştir. Şekil 1. Buhar kazanının şematik gösterimi Temel Kavramlar Buhar: Suyun gaz durumuna denir. Doyma sıcaklığı: Verilen basınçta suyun kaynamaya başladığı sıcaklığa doyma sıcaklığı denir. Doyma basıncı: Verilen sıcaklıkta suyun kaynamaya başladığı basınca doyma basıncı denir. 58

59 Sıkıştırılmış sıvı: Verilen bir basınçta suyun sıcaklığı doyma sıcaklığının altında ise sıkıştırılmış sıvı olarak tanımlanır. Doymuş sıvı: Verilen bir basınçta o basınca karşılık gelen doyma sıcaklığında olup, içinde buhar zerresi olmayan suya doymuş sıvı denir. Su buharlaşmanın başlangıcındadır. Doymuş buhar: Verilen bir basınçta o basınca karşılık gelen doyma sıcaklığında olup, suyun tamamının buhar fazında olduğu durumdur. Buhar yoğuşma sınırındadır. Kızgın buhar: Verilen bir basınçta buharın sıcaklığı o basınçtaki doyma sıcaklığından daha yüksek ise buhar kızgın buhardır. Buharın Kullanılma Nedenleri İdeal bir ısı taşıyıcı olması Küçük çaplı borularla daha fazla ısı taşıyabilmesi Çevre dostu olması (yani temiz olması) Geri kazanımı ile enerji tasarrufu sağlanabilir Akışkanın taşınması kendi basıncıyla gerçekleşir. Pompaya gerek yoktur. Dolayısıyla maliyeti düşüktür. Sıcaklık kontrolünü çok hassas bir biçimde gerçekleştirmek mümkündür. Buhar tesisattaki korozyon riskini azaltır. Isı kayıpları azdır yani ideal bir ısı taşıyıcısıdır. Küçük çaplı borular ile iletilmesi nedeniyle ısı kayıpları diğer sistemlere göre daha azdır. Termodinamik özellikleri iyidir. Yatırım gideri azdır, küçük çaplı boru kullanılır, yalıtım az yapılır, ucuz montaj. Buhar emniyetlidir yani alevlenme özelliği yoktur. Steril bir akışkandır. Buhar çevre dostudur. Saf maddedir. Dezavantajı ise; yüksek enerji ve basınç olduğundan korunması yapılmalıdır. Buharın Kullanım Alanları Petrokimyada Termik santrallerinde elektrik üretiminde (Buhar türbinleri) Sterilizasyon amacı ile ilaç ve gıda endüstrisinde İnşaat malzemelerin endüstrisinde Buharlı ısıtma sistemleri (kalorifer tesisatlar) Rafinerilerde Kimyasal prosesler Gıda endüstrisinde Sterilizasyon (ambalaj ve gıda) 59

60 Gübre endüstrisinde Kauçuk ürünlerinde ve imalatında İnşaat malzemeleri endüstrisinde Kâğıt endüstrisinde Ahşap işletmesi ve şekillendirilmesi Buhar Kazanlarının Sınıflandırılması 1. Kullanılış yerlerine göre: Sabit kazanlar Portatif kazanlar Lokomotif kazanlar Gemi buhar kazanları 2. Buhar kazanları kazan basınçlarına göre: Alçak basınçlı kazanlar Yüksek basınçlı kazanlar Süper kritik basınçlı kazanlar 3. Ocak cinsine göre: Dıştan ocaklı kazanlar İçten ocaklı kazanlar 4. Kullanılan yakıt cinsine göre: Kömür yakan kazanlar Sıvı yakıt kullanılan kazanlar Gaz yakıt kullanılan kazanlar 5. Konstrüksiyonuna göre: Duman borulu kazanlar Alev borulu Alev-duman borulu Su borulu kazanlar Kazan Tipleri Duman Borulu Kazanlar Alev-Duman Borulu Kazanların Üstünlükleri Yapıları basittir İşletmeleri, suyun şartlandırılma isteği daha basittir. Büyük su hacminden dolayı yük değişimlerine daha iyi uyum sağlar. 60

61 İmal maliyetleri daha azdır. Boyutları ufaktır (daha az yüksekliğe ihtiyaç gösterir) Taşınması ve montajı kolaydır. Alev-Duman Borulu Kazanların Sakıncaları Belirli işletme basıncına (20 bar) ve belirli buhar üretim (15 t/h) miktarına imal edilebilirler. Buhar üretimi büyük su hacminden dolayı daha uzun zaman alır. Büyük su hacminden dolayı, bilhassa bir külhan çökmesi veya dış zarf yırtılmasında, çok miktarda buharın ortaya çıkması sonucu tahribata sebep olabilir. Su sirkülasyonu zayıftır. Şekil 2. Duman borulu kazan Su Borulu Kazanlar Su Borulu Kazanların Üstünlükleri Herhangi bir boru yarılmasında kazandaki suyun çok az bir kısmı süratle buhara dönüştüğünden büyük bir tehlike yaratmaz. Isıtma yüzeyi fazla ve su hacmi az olduğundan birim ısıtma yüzeyinden daha fazla buhar elde edilir. Ayrıca daha kısa zamanda buhar üretilir. Yüksek basınçlarda ve büyük kapasitelerde imal edilme imkânı vardır. Daha iyi bir su sirkülasyonu vardır. Su Borulu Kazanların Sakıncaları Daha hassas bir su şartlandırılması ister. İlk imal maliyeti daha fazladır. 61

62 Daha dikkatli bir işletme ister. Kapladığı hacim ve boyutlar daha fazladır. Şekil 3. Su borulu kazan 62

63 Araştırmada istenenler, 1. Buhar kazanlarında verim artırma yöntemlerini araştırınız. Tablo 1. Araştırma sonuçları Lütfen araştırma sonuçlarınızı bu alana yazınız. (Gerek duyulduğu takdirde Ek A4 kâğıdı kullanılabilir.) 63

64 GÜZ DÖNEMİ POMPA DENEYİ 1. DENEY ADI: Pompa Karakteristiği 2. DENEYİN AMACI: Pompa Karakteristiğinin İncelenmesi 3. TEORİK BİLGİLER VE TANIMLAR Pompa: Pompalar, mekanik enerjiyi hidrolik enerjiye çeviren makineler olarak tanımlanabilir. Pompaların görevi, bir sıvının bir ortamdan başka bir ortama geçebilmesi ve hareketini devam ettirebilmesi için gerekli enerjiyi vermektir. Bir pompa tarafından sıvıya verilecek bu enerji, sıvının bir boru içinde akışını sağlayacak ve sıvı ile boru arasındaki sürtünme kayıplarını karşılayacak veya sıvının potansiyel ve kinetik enerjisini (gücünü) artıracaktır. Temel Kavramlar Debi (Q): Pompa debisi, pompa basma flanşından birim zamanda net olarak basılan sıvı hacmidir. Pompanın iç kaçakları (dengeleme deliklerinden, aşınma bileziklerinden geçen sıvı), eksenel itme dengeleme sistemlerinde ve yumuşak salmastraya giden sıvı miktarı pompa debisi belirlenmesinde dikkate alınmaz. Manometrik yükseklik (basma yüksekliği-h): Pompanın manometrik yüksekliği, basılan sıvının pompa giriş ve çıkış kesitleri (flanşları) arasında birim ağırlık başına kazandığı net enerjidir. Özgül hız (Özgül devir sayısı): Özgül hız, pompa çarkının geometrik olarak biçimini belirleyen bir sayı olup pompanın optimum noktadaki performansı için hesaplanır (Denklem 1). Bu sayı 12 ile 35 arasında ise pompa tipi tam santrifüjdür. 1/ 2 nq n q 3/ 4 (1) H Karakteristik Eğriler Pompa karakteristiği: Pompa karakteristik eğrileri, bir pompanın sabit devir sayısında, su basması halinde, manometrik basma yüksekliği (H), pompa mil gücü (P), pompa verimi (η) ve gerekli emmedeki net pozitif yükün (ENPYG veya NPEYG) debiye bağlı olarak değişimini gösteren eğrilerdir. 64

65 Sistem karakteristiği (HS): Belirli bir tesisatta, belirli bir sıvının belirli bir debide basılabilmesi için pompa tarafından birim ağırlıktaki sıvıya verilmesi gereken enerji (yük) boru karakteristiği veya şebeke karakteristiği olarak adlandırılır. Pompa karakteristik eğrilerinden H-Q eğrisi ile sistem karakteristik eğrisi HS in kesişim noktası pompanın çalışma noktasıdır. Kavitasyon Pompa içinde herhangi bir bölgedeki statik basınç yerel olarak basılan sıvının buharlaşma basıncının altına düşerse o bölgeden geçen sıvı buharlaşır ve çok sayıda çok küçük boyutlarda doymuş sıvı buharı habbecikleri oluşur. Bu sırada sıvı içinde erimiş hava ve gazlar da serbest kalarak gaz kabarcıkları oluştururlar. Akan sıvının dinamik etkisi ile sürüklenen buhar zerreleri yerel statik basıncın, o sıcaklıktaki buharlaşma basıncından daha yüksek olduğu bir bölgeye geldiklerinde aniden yoğuşurlar. Sıvının yerel olarak buharlaşması ve yoğuşması döngüsüne kavitasyon adı verilir. Sıvı buharı zerrelerinin yoğuşması; pompada titreşim, gürültü ve yoğuşma bölgesine yakın katı yüzeylerde kavitasyon erozyonuna neden olur. Santrifüj pompalarda kavitasyona karşı en hassas bölgeler kanat girişinde emme yüzeyi ve çarkın ön yanağıdır. 4. POMPA DENEY TESİSATI Şekil 1. Pompa parçalarının şematik gösterimi 65

66 5. DENEYİN YAPILIŞI Hesaplamalarda istenenler, Öğrenci yukarıda teorik olarak belirtilen prosesleri kendi almış olduğu deney sonuçlarını kullanarak aşağıda istenilen verileri hesaplayacaktır. 1. Pompa karakteristik eğrisinin çizilmesi 2. Pompa verim eğrisinin çizilmesi Tablo 1. Ölçüm verileri tablosu Ölçüm P1 (mss) P2 (mss) Q (l/dk) Md (Nm) Tablo 2. Hesaplamalar Lütfen işlemlerinizi bu alana yazınız. (Gerek duyulduğu takdirde Ek A4 kâğıdı kullanılabilir.) 66

67 Lütfen işlemlerinizi bu alana yazınız. (Gerek duyulduğu takdirde Ek A4 kâğıdı kullanılabilir.) 67

68 1. DENEY ADI: Eğilme Deneyi GÜZ DÖNEMİ MEKANİK DENEYİ 2. DENEYİN AMACI: Kalınlığı ve malzeme türü bilinen kirişlerin eğrilik yarıçaplarının hesaplanması ve eğrilik yarıçapı içeren elastik modül hesabının deneysel yolla yapılması. Bu şekilde, yapılan yükleme ve ölçülen yerlerdeki sehim miktarlarının karşılaştırılması, farklı çubuk boyu, malzeme ve farklı mesnet tipleri için yapılabilir. Maksimum sehim, deney esnasında gözlendiği noktada, dijital gösterge yardımı ile ölçülebilmektedir. 3. TEORİK BİLGİLER VE TANIMLAR Elastik eğilme durumunda, bir kiriş yanlızca uygulanan moment düzleminde eğildiği takdirde, gerilme dağılımı ve kirişin eğriliği arasındaki ilişki şu şekildedir: = = (1) M: Kiriş kesitinde oluşan eğilme momenti I: Kiriş kesitinin tarafsız eksene göre atalet momenti E: Kiriş malzemesinin elastisite modülü R: Eğrilik yarıçapı σ : Eğilme momentinden dolayı, tarafsız eksenden y kadar mesafede oluşan eğilme gerilmesi y: Tarafsız eksenden alınan dikey uzaklık Kirişin eğriliği (1/R), yaklaşık olarak sehimin ikinci türevine eşittir. Eğer; z noktası seçilen orjinden x kadar uzaktaki, kirişin sehimine eşitse : = = (2) Eğrilik Yarıçapının Sagital Methodu ile Bulunması Şekil 1. Sagital Method ile Eğrilik Yarıçapı 68

69 Dairenin geometrik bağlantıları kullanıldığında; h(2 h) = burada a= sehim ölçerler arasındaki mesafe h= Sehim Hesaplanan sehimin karesi çok küçük olduğu için ihmal edilebilir. Bu yüzden; (3) (4) Elastik eğilme teorisinden, eğrilik yarıçapının tersinin değeri kullanılırsa eşitlik; (5) = (6) h = (7) burada; W =Kirişe uygulanan yük b = Uygulanan yük ile mesnet arası mesafeyi göstermektedir. 4. ELASTİK EĞRİ DENEY TESİSATI Şekil 2. Eğilme deney seti ve dijital gösterge Kullanılan Cihaz Donatım ve Malzemeler: - Eğilme davranışı incelenecek çubuk numune - Eğilme deney seti - Dijital gösterge (sehim ölçer), Şekil 2'de gösterilmiştir. 69

70 5. DENEYİN YAPILIŞI a) Deney düzeneği şekil 3 ve şekil 4 de görüldüğü gibi düzenlenir. R1 ve R2 mesnet noktalarını W ise yük noktasını göstermektedir. b) Mesnetler üzerine kalınlığı 6,4 mm olan yumuşak çelik konularak sabitleştirilir. Mesnetler arasındaki kirişin tam orta noktasına denk gelecek şekilde dijital gösterge yerleştirilir. Dijital göstergenin hem sağ hem de sol tarafına eşit a mesafesi kadar uzaklığa diğer dijital göstergeler yerleştirilir. c) Mesnetlerden b mesafe uzağa ise yükler konulacaktır. Yük noktasına sırasıyla 5 N, 10N, 15N, 20N, 25N asılarak bu yüklere karşılık gelen sehim değerleri 3 dijital sehim ölçer cihazdan alınarak kaydedilecektir. Kaydedilen datalar tablo 1 de yerlerine yazılır. d) Ölçümler yapıldıktan sonra dijital göstergelerin arasında mesafe her iki taraftan da 50 mm artırılarak aynı deney prosedürü tekrarlanacaktır. e) Ölçümler yapıldıktan sonra son kez dijital göstergelerin arasındaki mesafe her iki taraftan da 50 mm artırılarak aynı deney prosedürü uygulanacaktır. Şekil 3. Eğrilik Yarıçapı Deneyi Kuvvet Diyagramı Şekil 4. Eğrilik Yarıçapı Deney Düzeneği 70

71 Hesaplamalarda istenenler, Tablo 1. Deney Esnasında Doldurulacak Tablo W b a a 2 z z z h = z - (N) (mm) (mm) (mm²) (mm) (mm) (mm) (mm) (mm) Test Test Test test için bulunan sehim değerlerini kullanarak h-w grafiklerini çiziniz. Yük sehim grafiklerinde ortaya çıkan Test 1, Test 2, Test 3 grafiklerinin eğimlerini kullanarak eğimgrafiğini oluşturunuz. Elde edilen bu grafiğin eğimini kullanarak kirişin elastik modülünü hesaplayınız. NOT: h-w ve eğim- grafiklerini çizerken grafiklerdeki çizgilere ait denklemlerin virgülden sonraki kısım en az 10 basamak olmalıdır. Aksi takdirde hata oranı yüksek çıkacaktır. 71

72 = (8) b mesafesi sabit ve 0.25 m alınır ise ğ =. =. ğ (9) olacaktır. Bulduğunuz Elastik modülü tablo 2 de verilen malzemenin elastik modülü ile kıyaslayarak hata analizini yapınız. Tablo 2. Malzemeler ve Elastik Modülleri MALZEME YUMUŞAK ÇELİK PİRİNÇ ALÜMİNYUM ELASTİKLİK MODÜLÜ 210 Gpa 105 Gpa 76 Gpa % = 100 (10) Deneyler sonucunda ortaya çıkan hataların nedenlerini kısaca açıklayınız. 72

73 GÜZ DÖNEMİ AKIŞKANLAR MEKANİĞİ DENEYİ 1. DENEY ADI: Bernoulli Deneyi 2. DENEYİN AMACI: Kapalı bir kanalda (boruda) akış olayında; ağırlık, ventürimetre ve rotametre yöntemiyle debi tayini, ani genişleme elemanının da ve dirsekte yersel enerji kayıplarının etüdü ve boru içerisinde bulunan orifisin debi katsayısının tayini. 3. DENEY APARATININ ŞEMASI VE KISA AÇIKLAMASI: Deney aparatının şeması laboratuarda öğrenci tarafından çizilecektir. Deney tesisatının çalışma prensibi: Karakteristikleri üzerinde belirtilen santrifüj bir pompa tarafından beslenen tesisat kapalı devre olarak çalışmaktadır. Sistemde su D1=26 mm çaplı bir borudan geçerek D2=16 mm çapa daralıp tekrar D3=26 mm çaplı bir boruya genişleyerek, ventürimetre bölgesinden geçip D4=51 mm çapa ani olarak genişlemekte ve aynı çapta devam ederken, D0=20 mm çaplı bir orifisden geçmekte ve yine D5=51 mm çaplı boru ile devam ederken 90 lik bir dirsekle sapma yaparken çap D6=25 mm ye daralmaktadır. Daha sonra düşey konumdaki rotametreden geçerek debi ayar vanasından geçmekte ve tartı kabına akıp, oradan da depoya geri dönerek devresini tamamlamaktadır. Şekil 1. Şematik Bernoulli deney tesisatı 73

74 3.1.Deney Cihazının Konstrüktif Değerleri: D0=20 mm (standart orifis çapı), D1=D3= 26 mm, D2=16 mm (ventürimetre bölgesi), D4=D5=51 mm, D6=25 mm dir. Rotametre: mm arası taksimatlandırılmış olup 0-35 L/d arasında okuma yapılabilir. Piyezometrik Panel: Okuma skalası mm arasıdır. 4. TEORİK BİLGİLER VE TANIMLAR Ventürimetre ile Debinin Tayini 1 ve 2 kesitleri arasında Bernoulli enerji denklemini yazarsak: z 2 2 P1 V1 P2 V2 1 z 2 H k (1) 2g 2g olur. Burada sistemin kayıpsız olması kabulü ile kayıp enerji terimi Hk =0 alınır. Boru ekseninin yatay konumda olduğu göz önüne alınırsa z1=z2 olur. Bu durumda yukarıdaki denklem: P1 P2 V2 V1 2g 2 2 şekline gelir. Denklemde P1, 1 kesitindeki basınç olup: P1= h1. (3) P2, 2 kesitindeki basınç olup P2= h2. (4) şeklindedir. Bunlar yukarıdaki son Bernoulli ifadesinde yerlerinde konulduğunda 2.g (h1-h2)=v2 2 -V1 2 (5) elde edilir. Diğer taraftan Q1=Q2 süreklilik denkleminden: (2) D V 1 D V 2 V 2 D D V 1 elde edilir. Denklem (6) dan çekilen hız değeri 5.denkleminde yerine yazılıp (h1-h2=h için) V1 çekilirse: 2 g h (7) V D D 1 (6) 74

75 bulunmuş olur. Burada D1 ve D2 ve D3 çapları tesisattan belli olup D1=D3=26mm, D2=16mm dir. Yerçekimi ivmesi g=9,806 m/s 2 alınırsa ve h deney esnasında tespit edilip m olarak konduğunda V1 m/s biriminden bulunur. Buradan sistemim debisi: Q V D V 1 D g h 4 D D (8) olarak yazılır. Burada da D1 çapının m biriminde konulması halinde debi (m 3 /s) biriminde hesaplanır. 5. DENEYİN YAPILIŞI VE HESAPLAR Deneye başlanırken sistemdeki tüm prizleri numaralandırınız. Pompayı çalıştırdıktan sonra debi ayar vanasını tam açık konuma getirerek sistemdeki tüm havayı hava tahliye supabını açarak boşaltınız. Bu işleme tesisatta ve prizlerin su ile dolu kısımlarında hiç hava kabarcığı kalmayıncaya kadar devam ediniz. Debi ayar vanasıyla sistemin debisini ayarlayarak, prizlerdeki su seviyelerinin tam olarak ölçekli panoya düşmesini sağlayınız. Daha önce numaralandırdığınız prizlerdeki su yüksekliklerini hassas bir şekilde teker teker okuyarak daha önce teşkil ettiğiniz hesap tablosuna yazınız. Bu değerleri kullanarak yukarıdaki formüller yardımıyla, tüm hesaplamaları yapıp, bulduğunuz sonuçları yine aynı tabloda yerlerine yazınız. 5.1.Ventürimetre İle Debi Tayini Teorik bilgiler bölümünde anlatılmıştır. 5.2.Rotametre İle Debi Tayini QR= K. hr (m 3 /s) (9) QR : Rotametre debi (m 3 /s) K : Debi çarpanı, 2160 mm 2 /s hr : Rotametreden okunan değer (mm) 75

76 5.3. Ağırlık Yöntemi İle Debi Tayini Q =. (10) QAY W t : Ağırlık yöntemi debi (m 3 /s) : Depoda biriken su ağırlığı, 7,5 kg : zaman (s) ρ : Suyun yoğunluğu 1000 kg/m Genişleme Elemanının Yersel Enerji Kaybının Tayini 3 ve 4 kesitleri arasında Bernoulli Denklemi: z P3 V3 P4 V4 V4 z 4 K G (11) 2g 2g 2g olarak yazılır. Burada KG ani genişleme kayıp katsayısıdır. Sistem yatay olduğundan z3=z4, P3-P4=h2. yerlerine konursa: V4 V3 K G V4 2g h (12) KG hariç bütün değerler bilindik olup, bilinmeyen KG değeri çekilerek hesaplanır. Debi bilindiğine göre, süreklilik ifadesinden tüm hızlar biliniyor demektir. h2 ise deney esnasında okunacaktır Dirseğin Yersel Enerji Kaybı: Dirseğin giriş ve çıkışı olan 5 ve 6 kesitleri arasında kayıplı Bernoulli Denklemi: z P5 V5 P6 V6 V6 z 6 K d (13) 2g 2g 2g olarak yazılır. Burada Kd, 90 lik dirsekte yersel enerji kayıp katsayısıdır. Prizlerdeki sıvı yüksekliğine göre hidrostatikten: z P P (14) z 6 h 4 yazılıp, yukarıdaki ifadede yerine koyarsak Bernoulli Denklemi: V6 V5 K d V6 2g h (15) şekline gelir. Burada hız değerleri Süreklilik ifadesinden h4 ise deney ölçümlerinden bilindiğine göre, bilinmeyen dirsek kayıp katsayısı Kd hesaplanabilir. 76

77 5.6.Orifis Debi Katsayısının Tayini P Q Q m 2g m 2g h 3 m (16) 2g h ifadesinden hesaplanabilir. Burada m : Orifis debi katsayısı Q : Debi (m 3 /s) Ω : Orifis kesit alanı (m 2 ) g : Yer çekimi ivmesi (9,806m/s 2 ) h3 : Deneyde okunacaktır (m) 3 Ω=.Do 2 /4 (17) Do : Orifis çapı (m) 6. RAPORDA İSTENENLER Öğrenci yukarıda teorik olarak belirtilen denklemler yardımıyla kendi almış olduğu deney sonuçlarına göre istenilen verileri hesaplayacaktır. 1. Buna göre öncelikle Venturimetre Yöntemine göre V1 ve V2 hızları bulunup, bu yönteme göre hacimsel debi hesaplanmalıdır. 2. Daha sonra Rotametre ve Ağırlık Yöntemlerine göre debiler hesaplanmalıdır. Ortalama debi değerine göre tüm farklı çaplar için hızlar hesaplanır (V1, V2, V3, V4, V5, V6 ). 3. Deneysel veriler ve hesaplanan değerlere göre genişleme ve dirsekteki yersel yük kayıp katsayıları bulunmalıdır. 4. Ortalama debi kullanılarak orifis debi katsayısı bulunmalıdır. 5. Piyezometrik ve toplam yük eğrilerinin ölçekli olarak milimetrik kâğıda çizimini yapınız. 6. Sonuç ve irdeleme yapınız. 77

78 7. HESAP TABLOSU Tablo 1. Ölçüm Tablosu Deney No Okunacak Değerler h 1 h 2 h 3 h 4 h 5 h 6 h 7 h 8 h R t (mm) (s) 1 Tablo 2. Hesaplanan Değerler Deney No Hesaplanan Değerler V 1 V 2 Q V Q R Q AY Q V 1 V 2 V 3 V 4 V 5 V 6 K G K d m (m/s) (m 3 /s) (m/s) (birimsiz) Hesaplamalar Lütfen işlemlerinizi bu alana yazınız. (Gerek duyulduğu takdirde Ek A4 kâğıdı kullanılabilir.) 78

79 Lütfen işlemlerinizi bu alana yazınız. (Gerek duyulduğu takdirde Ek A4 kâğıdı kullanılabilir.) 79

80 7.2.Piyezometrik ve toplam yük eğrilerinin ölçekli olarak milimetrik kâğıda çizimi 80

81 7.3.Sonuç ve İrdeleme 81

82 GÜZ DÖNEMİ TERMODİNAMİK DENEYİ 1. DENEY ADI: Soğutma Çevrimi ve İklimlendirme Deneyi 2. DENEYİN AMACI: Soğutma sistemlerinin çalışma prensiplerinin tanıtılması ve klima santrali test düzeneğinde alınan ölçüm sonuçlarının değerlendirilmesi 3. TEORİK BİLGİLER VE TANIMLAR Uygulamada sık sık sıcaklığı düşük olan bir ortamdan çekilen ısının sıcaklığı daha yüksek olan bir ortama verilmesi problemi ile karşılaşılır. Bu amacı gerçekleştirmek için geliştirilen sistem bir yerin çevre sıcaklığı altında tutulması için kullanılıyorsa soğutma makinası adını alır. Bu sırada çevreden iş verilmesi gerektiğinden bir soğutma makinası çevrimi (P-h) ve (T-s) diyagramları üzerinde saat ibrelerinin aksi yönde çizilir. (Şekil 1 de gösterilmiştir.) Şekil 1. İdeal buhar sıkıştırmalı çevrimin P-h diyagramı Çevrimde gerçekleşen çeşitli süreçlerde akışkan buharlaşıyor veya yoğuşuyorsa buharlı soğutma makinası çevrimi (veya buhar sıkıştırmalı soğutma makinası) söz konusu olur. Kompresöre 1 noktasında giren doymuş buhar 2 noktasına kadar sıkıştırıldıktan sonra kondenserde (yoğuşturucuda) soğutma suyuna (veya soğutma havasına) q2-3 ısısını vererek yoğuşmakta ve 3 noktasında doymuş sıvı elde edilmektedir. 3 noktasından genişleyerek iş yapan akışkan 4 noktasından 1 noktasına kadar buharlaştırıcı (evaparotör) içerisinde buharlaşarak çevreden q4-1 ısısını alır. 82

83 4. İKLİMLENDİRME DENEY TESİSATI Deney tesisatı ile havanın iklimlendirilmesinin psikrometrik diyagramda şematik olarak gösterimi Şekil 3 te verilmiştir. Kullanılan deney cihazında hava öncelikle bir miktar soğutulmaktadır. Soğutulan havanın ve ilk durumda şartlandırılmamış ortam mahali havasının bağıl nemi, yaş termometre sıcaklığı, kuru termometre sıcaklığı, özgül hacmi, özgül nemi psikrometrik diyagramda aşağıdaki şekilde bulunabilmektedir. Şekil 2. İdeal buhar sıkıştırmalı çevrimi Şekil 3. Psikrometrik diyagram 83

84 Bir soğutma makinasının verimi etkinlik katsayısı ile ifade edilir ve COP ile gösterilir. COP SM ql h1 h4 w h h net, g 2 1 (1) Herhangi bir noktanın entalpisi hesaplanırken, örneğin TA kuru termometre sıcaklığında wa mutlak nemine sahip A noktası (şartlandırılmamış hava) için, ha c pta hbuh (2) şeklinde belirlenebilir. Aynı şekilde örneğin TB kuru termometre sıcaklığında wb mutlak nemine sahip B noktası (şartlandırılmış hava) için, hb c ptb hbuh (3) şeklinde belirlenebilir. cp havanın mevcut koşullarında özgül ısınma ısısı, hbuh ise havanın içerisinde bulunan su buharının entalpisidir ve h buh 2501,3 1,805T buh (4) formülüyle belirlenebilir. A ve B noktaları için ayrı ayrı hbuh değeri hesaplanacaktır. Evaporatör vasıtasıyla ortamdan gerçekleştirilen ısı çekimi, klima santralinde havadan çekilen ısıdır ve enerji dengesi yazılacak olursa, Q& l Q& hava (5) ve & m& h h m h h sa 1 4 hava A B (6) şeklinde yazılabilir. Kanal kesiti bilinen santralde (30 cm x 30 cm alınabilir) havanın kütlesel debisi belirlendikten sonra hava hızının bulunması istenmektedir. m&. A.V hava hava kanal hava 84

85 Madde (1) de belirtilen ölçüm noktası Madde (2) de belirtilen ölçüm noktası T kuru, T yaş, Bağıl nem A T kuru, T yaş, Bağıl nem B Ölçüm noktası: Debimetre ms.a. Ölçüm noktası: Manometre P eva Ölçüm noktası: Manometre, P kond Şekil 4. Klima santralinin şematik gösterimi 5. DENEYİN YAPILIŞI Soğutma çevriminin tüm ekipmanları klima santrali üzerinde Şekil 4 te gösterilmektedir. Her öğrenci aşağıdaki deney işlem sırasını takip ederek deneyini gerçekleştirecektir. Föyde açıklanan teorik bilgiler yardımıyla istenilen hesaplamaları yapacak ve ekteki şablon ile sonuçlarını düzenleyecektir. Mavi ile boyalı hacimde bulunan soğutma serpantini öncesi ve sonrası ölçüm noktaları oluşturulmuştur. Şekil 4 te ölçüm alınacak noktalar gösterilmiştir. Madde 1. Havanın ilk şartlardaki fiziksel özelliklerini belirlemek maksadıyla fan devreye alındıktan sonra, ancak soğutucu çalıştırılmadan klima santrali üzerindeki ölçüm noktasından (Şekil 4 de gösterilmiştir) değerler okunacaktır. Sırasıyla kuru termometre sıcaklığını ( o C), yaş termometre sıcaklığını ( o C) ve bağıl nem (%) değerleri okunacaktır ve tabloya yazılacaktır. Madde 2. Sonrasında kompresör çalıştırılır ve hava belirli bir süre soğutulur. Soğutulan havanın klima santralinden çıkış şartları (1) nolu maddede belirtildiği gibi aynı şekilde belirlenir. Sırasıyla soğutulan havanın, kuru termometre sıcaklığı ( o C), yaş termometre sıcaklığı ( o C) ve bağıl nem (%) değerleri okunup tabloya yazılacaktır. 85

86 Madde 3. Bu esnada ayrıca, soğutucu akışkan debisi (ms.a.) evaporator ve kısılma valfi öncesinde yerleştirilmiş olan debimetre ile ölçülmektedir (kg/h). Öğrenci debimetre üzerindeki skaladaki değeri okuyacaktır ve tabloya yazacaktır. Madde 4. Ayrıca soğutma çevrimine yerleştirilen manometreler vasıtasıyla evaporasyon ve kondenzasyon basınçları belirlenir. Öğrenci tarafından bu değerler Tablo 1 e not edilecektir. Hesaplamalarda istenenler, Öğrenci yukarıda teorik olarak belirtilen prosesleri kendi almış olduğu deney sonuçlarını kullanarak aşağıda istenilen verileri hesaplayacaktır. 1. lnp-h diyagramı (Şekil 6) üzerinde soğutma çevrimini çizecektir ve Şekil 1 de belirtilen noktalarının entalpi değerlerini Şekil 6 da verilen diyagram üzerinden okuyacaktır. Deney sonunda, hazırlamış olduğunuz diyagramı teslim etmeyi unutmayınız. 2. Klima Santralinde gerçekleşen soğutma prosesini psikrometrik diyagram (Şekil 5) üzerinde çizecektir. Psikrometrik diyagramda ortam havası A olarak belirtilecektir. Şartlandırılmış hava ise B olarak belirtilecektir. Öğrenci sonrasında, psikrometrik diyagram üzerinden ortam havasının ve şartlandırılmış havanın mutlak nemini belirleyecektir. Deney sonunda, hazırlamış olduğunuz diyagramı teslim etmeyi unutmayınız. 3. Havanın kütlesel debisini belirleyiniz. (mhava=?) (Hesaplamalarda föyde belirtilen formülasyonlardan yararlanılacaktır ve yapılan hesaplamalar Tablo 2 ve Tablo 3 te ilgili boşluklara yazılacaktır.) 4. Havanın hızını belirleyiniz. (Vhava=?) (Tablo 2 ve Tablo 3 te ilgili boşluklara yazılacaktır.) 5. Sistemin COP değerini belirleyiniz. (Tablo 2 ve Tablo 3 te ilgili boşluklara yazılacaktır.) Hatırlatma 1 Pa = 1 N/m 2 1 bar = 10 5 Pa cp = 1,004 kj/kg K (değişimini ihmal ederek, sabit kabul ediniz.) Mutlak basınç= Manometrik basınç + Atmosferik basınç 86

87 Tablo 1. Ölçüm verileri tablosu Madde (1) de belirtilen ölçüm sonuçları Kuru Yaş termometre Bağıl nem termometre sıcaklığı sıcaklığı Madde (2) de belirtilen ölçüm sonuçları Kuru Yaş termometre Bağıl nem termometre sıcaklığı sıcaklığı ( o C) (%) ( o C) ( o C) (%) ( o C) (kg/h) Madde (3) ve Madde (4) te belirtilen ölçüm sonuçları m s.a. P eva P kond Lütfen birimi ile birlikte değerleri yazınız. Tablo 2. Hesap sonuçları Hesaplanan değer Hesaplanan değer ha kj/kg m hava Lütfen birimi ile hb kj/kg Vhava h1 kj/kg COP kj/kg h4 Tablo 3. Hesaplamalar birlikte değerleri yazınız. Lütfen işlemlerinizi bu alana yazınız. (Gerek duyulduğu takdirde Ek A4 kağıdı kullanılabilir.) 87

88 Şekil 5. Psikrometrik diyagram 88

89 Şekil 6. Soğutucu akışkanın lnp-h diyagramı 89

90 GÜZ DÖNEMİ KONSTRÜKSİYON DENEYİ 1. DENEY ADI: Cıvata Bağlantılarında Moment - Kuvvet İlişkisinin İncelenmesi 2. DENEYİN AMACI: - Cıvata bağlantılarında sıkma momenti (Ms.top) ve ön gerilme kuvveti (Fön) arasındaki ilişkinin deneysel olarak belirlenmesi - Cıvata-Somun dişleri arasındaki (µcs) ve Somun-Sıkılan Parça arasındaki başlık altı (µba) sürtünme katsayılarının tespit edilmesi 3. TEORİK BİLGİLER VE TANIMLAR Cıvata bağlantılarında, sıkılan parçalar arasındaki kuvvet bağı, somunun bir anahtarla sıkılması yoluyla sağlanır. Anahtara kol kuvveti ile uygulanan moment, sistemdeki iki direnç momenti toplamını (Ms.top) karşılamak zorundadır. İki dirençten birisi, cıvata-somun dişleri arasındaki sürtünme momenti (Mcs), diğeri de somun ile sıkılan parça arasındaki başlık altı sürtünme momentidir (Mba). Anahtara uygulanan sıkma momenti moment anahtarındaki komparatörden okunan değer yardımıyla Denklem 2 kullanılarak hesaplanır. Cıvataya etki eden Fön (sıkma kuvveti) ise parça üzerindeki komparatörden okunan değer yardımıyla Denklem 3 kullanılarak hesaplanır. µba.fön ra Ft Ms.top Şekil 1. Cıvata Bağlantılarında Moment- Kuvvet İlişkisini Gösterilmesi M M M M F s. top cs ba k s. top a a k ön p p 90 (1) (2) (3)

91 4.1 Başlık Altı Sürtünmesinin Dâhil Edilmediği Durum Bu durumda, başlık altı sürtünme momenti ihmal edilir. Mba 0. Bu durumda toplam sıkma momenti değeri cıvata-somun dişleri arasındaki sürtünme momenti(mcs) değerine eşit olur. M cs F. r t 2 (4) Ft Fön arasındaki bağıntı aşağıdaki gibidir. F.tan( ) t Fön (5) tan( ) ρ: sürtünme açısı (6) cs 4.2 Başlık Altı Sürtünmesinin Dâhil Edildiği Durum Bu durumda toplam sıkma momenti değeri cıvata-somun dişleri arasındaki sürtünme momenti(mcs) ile somun ile sıkılan parça arasındaki başlık altı sürtünme momentinin toplamına eşit olur(mba). M M M s. top cs ba M. F. r ba ba ön A (7) (8) Deneyde Kullanılacak Değerler Ortalama Vida Yarıçapı r2 = 4 mm Ortalama Somun Yarıçapı ra = 7 mm Moment Anahtarı Katsayısı ka = 15 Nm/mm Parça Rijitliği kp = 25 kn/mm Helis Açısı β = 5,45 4. DENEY DÜZEĞİ 1. Moment Anahtarı 2. Cıvata - Somun 3. Sıkılan Parça ve Komparatör Z 4. Başlık Altı Yatağı 5. Moment Ayar Grubu Şekil 2. Deney Düzeneği 91

92 5. DENEYİN YAPILIŞI 3.1 Başlık Altı Sürtünmesinin Dâhil Edilmediği Durum i. Başlık Altı Yatağı Şekil 3 deki gibi takılarak eksenel rulman sayesinde Başlık Altı Sürtünmesinin ihmal edilebileceği durum oluşturulur. ii. Cıvata-Somun bağlantısı, el ile hafifçe sıkılarak vida dişleri arasında sürtünme bağını oluşturacak ilk temas sağlanır ve Sıkılan Parça ya ait Komparatör ibresi harekete başladığı anda Komparatör sıfırlanır. iii. Moment Anahtarı, Somun ve Moment Ayar Grubundaki ilgili yuvaya takılarak Moment Ayar kolu çevrilir. Moment Anahtarı Komparatör ibresi harekete başladığı anda Komparatör sıfırlanır. iv. Moment Ayar kolu çevrilerek, komparatörlerde okunan değerler tabloya işlenir. 3.2 Başlık Altı Sürtünmesinin Dâhil Edildiği Durum i. Başlık Altı Yatağı ters çevrilerek yuvaya oturtulur, böylece eksenel rulman teması kesilerek Başlık Altı sürtünmesinin meydana geldiği durum sağlanmış olur. ii. Diğer adımlar, bir önceki durumdaki gibi uygulanır. Şekil 3. Bağlantı Bölgesi (Z) Kesit Resmi 92

93 Adı-Soyadı : Deneyi Yürüten Öğretim Elemanı : Numara : Deneyin Yapıldığı Tarih : İmza : Grup-Alt Grup : NOT İstenenler: Deney sonuçlarını kullanarak: 1. Başlık altı sürtünmesinin dâhil edildiği ve edilmediği durum için sıkma momenti (Ms.top) ve ön gerilme kuvveti (Fön) değerlerini hesaplayınız ve aralarındaki ilişkiyi veren grafiği oluşturunuz. 2. Deney sonuçlarını kullanarak sürtünme katsayılarını (µcs, µba) hesaplayınız. 3. Cıvatalı bağlantılarda başlık altı sürtünmesinin oluştuğu durumu avantaj/dezavantaj bakımından yorumlayınız. Başlık Altı Sürtünmesi Dâhil değil Başlık Altı Sürtünmesi Dâhil # parça Fön anahtar = Mtop x 0,01 [mm] [kn] x0,01 [mm] Mcs [Nm] parça Fön anahtar x0,01 [mm] [kn] x0,01 [mm] Mtop = M cs+m ba [Nm]

94 1- Başlık altı sürtünmesinin dâhil edildiği ve edilmediği durum için Sıkma momenti (Ms.top) ve ön gerilme kuvveti (Fön) değerlerini hesaplayınız ve aralarındaki ilişkiyi veren grafiği oluşturunuz. F [kn] M [Nm] 2- Deney sonuçlarını kullanarak başlık altı sürtünmesinin dâhil edildiği ve edilmediği durum için sürtünme katsayılarını (µcs, µba) hesaplayınız. 3- Cıvatalı bağlantılarda başlık altı sürtünmesinin oluştuğu durumu avantaj/dezavantaj bakımından yorumlayınız 94

95 GÜZ DÖNEMİ İMAL (ÖLÇME TEKNİĞİ) DENEYİ 1. DENEY ADI: Ölçme Tekniği Deneyi 2. DENEYİN AMACI: İstatistiksel proses kontrol araçlarının imalatta kullanımının tanıtılması ve tekrarlı kumpas, mikrometre ölçümleri ile alınan ölçüm sonuçlarına bağlı olarak numune ve proses uygunluklarının değerlendirilmesi 3. TEORİK BİLGİLER VE TANIMLAR 3.1. METROLOJİ VE ÖLÇME TEKNİĞİNİN TEMELLERİ Teknik problemlerin çözümünde ölçme tekniğinden yararlanılır. Ortaya atılan teorik hipotezler gereken deney ve gözlemler yapılmak suretiyle ölçme tekniği vasıtasıyla doğruluğu ispat edilerek desteklenirler. Metroloji, ölçü ile ilgili bilim sahasıdır. Metroloji, doğruluk seviyesi ve uygulama alanına bakmaksızın, ölçmeye dayanan pratik ve teorik tüm konuları kapsar. Yalın üretim, akıllı üretim, değiştirilebilir imalat teknolojisi gibi modern imalat sistemlerinde, kaliteli ürün, üretim ve kaliteli imalat prosesleri için ölçme tekniği bir temel oluşturur ve kaçınılmazdır. Sistemin bir bütün olarak değerlendirilmesi, farklı yerlerde imal edilen mamullerin belirlenen özelliklere uyması ve bir ölçü birliği içinde üretimin gerçekleşmesi gerekmektedir. Endüstride kullanılan bir ölçü aletinin yaptığı ölçümün bütün dünyada tanınması ve yapılan diğer ölçümlerle aynı olduğunun kabul edilmesi, bu ölçümün, bir ölçme referans zinciri ile en yüksek hassasiyetli temel ölçme standardına ulaşması ile mümkündür KALİTE KONTROL Kalite kontrolü yapmak; en ekonomik, en kullanışlı ve tüketiciyi her zaman memnun eden kaliteli bir ürünü geliştirmek, tasarlamak, üretmek ve bakımını yapmak demektir (K.ISHIKAWA). Bu amaca ulaşmak için şirketteki üst yöneticiler, şirket içindeki bütün bölümler ve tüm çalışanlar dâhil olmak üzere herkes kalite kontrole katılmalı ve gelişmesine yardım etmelidir. 95

96 Kalite kontrolde ilk adım tüketicilerin isteklerini bilmektir. Kalite kontrolde diğer bir adım tüketicilerin ne satın alacaklarını bilmektir. Maliyet bilinmeden kalite tanımlanamaz. Üretim işlemini istenilen ortalama kalite ve kalite tekdüzeliği altında yürütmek, en ekonomik ve en güvenilir bir biçimde ancak istatistiksel kalite kontrol metotlarını uygulamakla mümkündür. Kalite kontrolü ile üretim işlemi sonunda elde edilen ürünlerin istenilen standartlara uyup uymadığı tespit edilir ve standartlara uymayan ürünler ya bazı işlemler ile düzeltilir, ya düşük fiyatla satılır veya imha edilir. Buna göre, kalite kontrolünün amacı; standart dışı üretimi önlemek veya önemsiz bir seviyeye düşürmektir. İstatistiksel kalite kontrolü ise; üretim işleminin normal koşullar altında kurulmasını ve yürütülmesini sağlamada çok önemli rol oynayan, bir aksaklık veya özel bir nedenle üretimin kontrol dışına çıkması halinde bu durumu hemen ortaya çıkartarak gerekli tedbirlerin zamanında alınmasını sağlayan metotların uygulanmasıdır. Özetle, bu metotlar üretim işlemlerine istenilen yönü vermek için imalatçının başyardımcısıdır İSTATİSTİKSEL KALİTE KONTROLÜ (İKK) Gittikçe artan tüketici ihtiyaçları ve buna paralel olarak genişleyen üretim hacmi, muayeneye dayalı bir denetim sisteminin uygulanmasını kimi zaman olanaksız, kimi zaman da yüksek maliyetli kılmaya başlayınca istatistik temelli yeni arayış ve çözümler gündeme geldi. İlk gelişme W.A. Shewhart'ın uyguladığı "Kontrol şemaları" ile Dodge ve Romig'in geliştirdiği "Örnekleme ile muayene" sistemleri ile oldu. Bu basit oysa son derece etkili araç ve sistemler istatistiksel örnekleme temeline dayanıyordu. Bu araçların yaygın olarak kullanılmaya başlaması ile "İstatistiksel Süreç Denetimi-kontrolü SPC" adı altında hatalı üretimi en aza indirgemeyi hedefleyen yöntemler ile örnekleme muayene sistemleri günümüze kadar başarıyla uygulana gelmiştir. İstatistik tekniklerin yoğun olarak kullanıldığı başlıca 3 alandan söz edilebilir. Bunlar, 1. Dışarıdan satın alınan ham ya da yarı mamul maddenin kontrolü (GİRİŞ KONTROL) 2. Dış kuruluşlara ya da ayrı kuruluşun diğer kısımlarına gönderilen malzeme veya ürünün kontrolü (ÇIKIŞ KONTROLÜ) 3. Üretim sırasındaki kontrol (PROSES -Süreç- KONTROLÜ) 96

97 Bunlardan ilk ikisinde KABUL ÖRNEKLEMESİ diye adlandırılan teknikler, sonuncusunda ise KONTROL GRAFİKLERİ kullanılır. Birçok durumda Kabul örneklemesi yöntemi ile kabul edilen malın kalitesi %100 muayene sonucunda kabul edilenden daha iyi olmaktadır. Çünkü, %100 muayenenin bıktırıcı ve yoğunluk yaratan etkileri kalitenin düşmesine sebep olmaktadır. Ancak, örneklemeye uygun olmayan bazı kritik parçaların %100 muayene ile kontrolü kaçınılmaz olmakta bu durumda muayene maliyeti önem kazanmaktadır. Kaliteye ilişkin maliyetler her üretici kuruluş için mutlaka büyük önem taşımaktadır. İstatistiksel kalite kontrolün hedefi, prosesi kontrol ve kabul edilebilen bir durumda tutmaktır. Böylece ürünlerin talep edilen kriterlere uygunluğu garanti edilecektir. İstatistiksel proses kontrolünün temelini kalite kontrol kartları oluşturur. Kalite kontrol kartları, prosesin kontrolü ve denetimi için kullanışlı görsel yardımcılardır Kalite Kontrol Kartları Kontrol kartlarının temelini Shewhart adıyla anılan diyagram oluşturur. Bu tür diyagramlarda, üretim prosesinden düzenli olarak belli aralıklarla alınan veriler işlenir. Bu aralıklar, zaman ölçüsü olabileceği gibi (örneğin saat) miktar ölçüsü olarak da (örneğin parça adedi) tanımlanabilir. Kalite kontrol kartları, bir prosesin istatistiksel kontrol altında çalışıp çalışmadığını, prosese hâkim olunup olunmadığını gösterir. Kalite kontrol kartları, rastgele ve sistematik değişikliklerin birbirinden ayırt edilebilmesine izin verirler. Bu sayede sistematik değişikliklerin ne olduğu tespit edilerek proseste yapılan değişiklikler ile uygunluk sağlanır. Kontrol Grafiğinin Yapısı ve Kontrol Grafiğindeki Bölgeler: I. Bölge: Sürecin arzu edilen özelliklere uygun olarak çalışmadığı bölgelerdir. Bir gözlem noktası bu bölgeye düşerse sürecin kontrol altında olmadığına karar verilir. II. Bölge: Sürecin arzu edilen özelliklerden tehlikeli bir şekilde uzaklaştığını belirten bölgedir. III. Bölge: Sürecin istenilen edilen özellikler etrafında kontrollü olarak çalıştığını ifade eden bölgedir. 97

98 Şekil 1. Kontrol Grafiğinin Genel Yapısı ÜMS: Üst Müdahale Sınırı AMS: Alt Müdahale Sınırı OT: Üst Tolerans Sınırı UT: Alt Tolerans Sınırı Hesaplamalarla bulunacak olan "Kontrol limitleri-sınırları" Tolerans sınırları değil, istatistikî güvenlik sınırlarıdır. Genellikle AMS; Tüketiciyi korumak, ÜMS; Fabrikanın israfını önlemek için oluşturulur. Ortalamalar için X-R kontrol çizelgesi iki farklı çizelgeden oluşmaktadır. Bunlar alınan ölçülerin ortalamalarının grafiğini veren ortalanma X çizelgesi ve alınan ölçümlerin en büyüğü ile en küçüğü arasındaki farkı veren R çizelgesidir. Bu iki çizelge birlikte analiz edilerek süreç değerlendirilir. Genel olarak X çizelgesi sürecin ayar durumunun, R çizelgesi ise değişkenliğinin teşhis edilmesinde kullanılır. Bu çizelgeler, kalitenin uzunluk, ağırlık, sertlik, mukavemet ve saflık gibi ölçülebilen miktarlarla kontrol edildiği süreçlerde kullanılır. Örnek vermek gerekirse: İmal edilen bir milin çapı Kutuya doldurulan bir ürünün ağırlığı İmal edilen civatanın kopma mukavemeti Isıl işlem gören ürünün sertliği İmal edilen elektrik ampulünün enerji sarfiyatı vs. Burada standart çizelge olarak kabul edilen ortalamalar için X-R çizelgesinden bir örnek verilerek çizelgenin içeriği, ana ortalama değeri ve sınırları gibi kavramlar açıklanacaktır: 98

99 4. DENEYİN YAPILIŞI Hesaplamalarda istenenler, Deneyde ölçülen iç çap, dış çap ve değerleri verilen tablolarda ilgili yerlere yazılacaktır Hesaplamalar verilen formüller yardımı ile açık bir şekilde yapılarak bulunan değerler tablolarda ilgili yerlere yazılacaktır. Aritmetik ortalama ( x ) ve Aralık ( R ) grafiklerinin çizilebilmesi için, ortalamaların ortalaması ( X ), aralıkların ortalaması ( R ) üst ve alt müdahale sınırları ( ÜMS/AMS ) hesaplanacaktır ve tabloda ilgili yerlere yazılacaktır. Aritmetik ortalama ( x ) ve Aralık (R) çizilen grafikte ilgili yerlere yazılacaktır, ölçüm sonuçları bir paragrafta değerlendirilecek, görüş ve öneriler aynı paragrafta belirtilecektir. Tablo 1. İç Çap İçin Ölçüm Verileri Tablosu Numune A Bandı B Bandı C Bandı D Bandı E Bandı Ölçüm 1. Ölçüm 2. Ölçüm 3. Ölçüm 4. Ölçüm 5. Ölçüm Aralık (R) Değeri 99

100 Tablo 2. Hesap Sonuçları-Müdahale Sınırları İçin Hesaplanan Değerler Alt Kontrol Sınırı Orta Çizgi Üst Kontrol Sınırı X A R X X + A R D R R D R Grafik 1. Aritmetik ortalama grafiği (x) A Bandı B Bandı C Bandı D Bandı E Bandı Numune Grupları Grafik 2. Aralık (R) Ortalama R Değerleri Ortalama x Değerleri A Bandı B Bandı C Bandı D Bandı E Bandı Numune Grupları Lütfen numunelerinizin imalat prosesinin iç çap için uygunluğunu hesaplamış olduğunuz kalite kontrol kartlarına bağlı olarak değerlendirerek, varsa hatalar ve olası sebepleri ile ilgili örnekler veriniz. : 100

101 Tablo 3. Dış Çap İçin Ölçüm Verileri Tablosu Numune A Bandı B Bandı C Bandı D Bandı E Bandı Ölçüm 6. Ölçüm 7. Ölçüm 8. Ölçüm 9. Ölçüm 10.Ölçüm Aralık (R)Değeri Tablo 4. Hesap Sonuçları-Müdahale Sınırları İçin Hesaplanan Değerler Alt Kontrol Sınırı Orta Çizgi Üst Kontrol Sınırı X A R X X + A R D R R D R Grafik 3. Aritmetik ortalama (x) Ortalama x Değerleri A Bandı B Bandı C Bandı D Bandı E Bandı Numune Grupları 101

102 Grafik 4. Aralık (R) Ortalama R Değerleri A Bandı B Bandı C Bandı D Bandı E Bandı Numune Grupları Lütfen numunelerinizin ve imalat prosesinin dış çap için uygunluğunu hesaplamış olduğunuz kalite kontrol kartlarına bağlı olarak değerlendirerek, varsa hatalar ve olası sebepleri ile ilgili örnekler veriniz. Tablo 2. Müdahale Sınırları Hesaplanması için Kullanılacak Faktörlere Ait Tablo 102

103 GÜZ DÖNEMİ MALZEME LABORATUVARI DENEYİ 1. DENEY ADI: Sertlik Deneyi 2. DENEYİN AMACI: Soğuk şekillendirme sonrası malzemelerin sertlik değerinin değişip değişmediğinin belirlenmesidir. 3. TEORİK BİLGİLER VE TANIMLAR 3.1. Sertlik Deneyi Sertlik, malzeme yüzeyine bastırılan cisme karşı malzemenin gösterdiği dirençtir. Sertlik deneyleri genel olarak, kısa süreli deneylerdir. Parça yüzeylerinde oluşturulan iz genellikle çok küçük olduğundan, tahribatsız bir deney olarak da kabul edilebilir. Sertlik ölçümünde, yönteme göre, standart boyutlu, sertliği ölçülecek malzemeye göre daha sert olan uçlar kullanılır. Sertliği ölçülecek parçanın yüzeyinin çok düzgün olması gerekir Statik Sertlik Ölçme Yöntemleri Brinell Sertliği (HB, BSD) : iz büyüklüğü ölçülür Vickers Sertliği (HV, VSD) : iz büyüklüğü ölçülür Rockwell Sertliği (HR) : batma derinliği ölçülür Numune Yüzeyini Mekanik Yolla Temizleme ve Parlatma Brinel, Vickers ve mikrosertlik ölçümlerinde sertliği ölçülecek numune yüzeylerinin kir,pas ve oksitlerden temizlenmesi ve yüzey pürüzlülüğünün giderilmesi gerekir. Parça yüzeyinin oksitli, kirli veya pürüzlü olmasına göre; a- Yüzeydeki oksitler, kirler ve benzeri yabancı maddeler tel fırçalarla temizlenebilir, b- Yüzeyi bozuk numunelerde yüzey düzgünlüğünün sağlanabilmesi için yüzeyler Şekil. 1 de gösterilen yüzey temizleme cihazı ile zımparalanmalı ve parlatılmalıdır. Şekil 1. Yüzey temizleme cihazı 103

104 3.1.1 Brinell Sertlik Ölçme Yöntemi (HB, BSD) (DIN 50351, TS 139, EN ISO ) Brinell sertlik değeri (HB), numuneye uygulanan yük değerinin oluşan izin yüzey alanına bölünmesi ile elde edilir. Şekil 2. Brinell sertlik deneyi uç izi Bilye çapı 2,5; 5 ve 10 mm. olabilir. Sert uç olarak sertleştirilmiş çelik bilye veya sert metal bilye kullanılır. Bilye çapı seçiminde, parçanın et kalınlığı ve malzeme yapısı önem kazanır S>6 ise D=2,5, 5, 10 mm. S<3 ise D= 2,5 mm. 3<s<6 ise D= 2,5, 5 mm olmalıdır. Lamel grafitli dökme demir gibi heterojen yapıya sahip malzemelerin sertliğini ölçerken, büyük çaplı bilye tercih edilir. Uygulanacak yük: F = x D 2 formülü ile hesaplanır. x, katsayısını malzemeye göre değişmekte olup sıklıkla kullanılan metal malzemeler için belirlenen x katsayısı Tablo 1. de verilmektedir. Tablo 1. Metal malzemeler için x katsayısı değerleri Malzeme cinsi Hafif metaller (Al, Mg, prinç (Cu-Zn), bronz (Cu-Al, Cu-Sn, Cu- Mn) gibi) için Yumuşak çelik, dökme çelik, kır dökme demir için 30 Saf Au, Al gibi metaller için 5 Yatak alaşımları için 2,5 Yüksek sıcaklıkta yumuşayan metaller için 0,5 Pb, Zn için 1,25 x Katsayısı

105 -Yükleme zamanı s d r. Fazla akma gösteren malzemelerde bu süre, 30 s ye çıkab l r. - Minimum numune kalınlığı S min. = 17x bilyanın batma derinliği kadar olmalıdır. - Numene yüzeyi parlak ve düzgün olmalıdır. - Kalıcı iz çapı 0,2D den küçük ve 0,7D den büyük olmamalıdır. Ø 0,2D < d < 0,7D -Numune üzerinde kalan izin merkezinin parça kenarından ve bir diğer izin merkezinden uzaklığı iz çapının iki katı kadar olmalıdır (2d). -İz çapı (d); 0,01 mm hassasiyetle ölçülmelidir. İz tam dairesel değilse birbirine dik doğrultudaki çaplar ölçülüp, ortalaması alınmalıdır HB ye kadar olan sertlikler için, sertleştirilmiş çelikten imal edilmiş bilyeler kullanılır. Sert malzemelerde karbürden yapılmış bilyeler tercih edilir Vickers Sertlik Ölçme Yöntemi (HV, VSD) (DIN 50133, TS 207-1, EN ISO ) Şekil.3 Vickers sertlik deneyi uygulaması ve uç izi Yumuşak malzemelerden, özel yöntemlerle sertleştirilmiş çok sert malzemelere kadar geniş bir kullanım aralığı mevcuttur. Yük : kg (en fazla 2,10 ve 30 kg) Batıcı uç : Kare tabanlı, tepe açısı 136º olan elmas piramit Bekleme süresi : 15 sn (yumuşak malzemelerde 30 sn) Sertlik değeri deney yükünden bağımsız olmasına karşın, sertlik belirtilirken, yük değeri de verilir. Ölçüm tamlığı (hassasiyeti) 0,001 olmalıdır. Ölçüm yaparken, küçük ve büyük yükler kullanılır. Deney sonunda parçanın arka yüzünde iz belli olmamalıdır. Küçük yükler 1,96-49 N Normal yükler N Özel yükler 1 kg-100 kg 105

106 En çok kullanılan yükler 10 kg=98 N ve 30kg=294 N dir. Muayene parçasının kalınlığı en az 1,5 d0 olmalıdır. Çelik için ise 1 2 d0 olmalıdır. Ölçüm yaparken izler arası mesafe 3d0 kadar olmalıdır. Parça kenarında ise en az 2,5 d0 uzaklıkta ölçüm yapılmalıdır. Yük uygulama süresi yaklaşık s dir. Yüzeyi sertleştirilmiş (sementasyon, nitrasyon, indüksiyon ile) parçalar ya da sertleştirme işlemi uygulanmış parçalar için uygundur. Ölçüm sonucunun verilmesi: 850 HV 30 / 10 sertlik değeri=850 HV uygulanan yük=30kgf. 300 N sert uc batma süresi=10 s Mikrosertlik Ölçme Yöntemi (HV, HK) Özel Vickers sertlik ölçüm yöntemidir g gibi çok düşük yüklerle sertlik ölçülebilir. Vickers veya Knoop ucu kullanılabilir. Ucun batma derinliği, uzunluğunun yaklaşık 1/30 u kadardır. Yük, iz alanına bölünerek sertlik bulunabilir. Bu amaçla da tablolar ya da aşağıda verilen formül kullanılır. Vickers ve Knoop Sertlik ölçümleri için yapılan deneylerde sert ucun numune yüzeyinde bıraktığı izler çok küçük izler oluşturulur ve bu izleri ölçmek için mikroskop kullanılır ISO 4545 Knoop Sertlik Ölçme Yöntemi Çentikleyici : Elmas Piramit 172º 30' ve 130º (Şekil. 4) Yükleme Aralığı : 0.49 N-9.81 N EN ISO 6507 Vickers Çentikleyici: Elmas Piramit 136º Yükleme aralığı: 0.49N-9.81 N 106

107 Şekil. 4 Vickers ve Knoop izleri Ölçüm sonucunun verilmesi: 450 HV 25/10 Sertlik değeri =450 HV Uygulanan yük=25 g Sert uç batma süresi =10 s Rockwell Sertlik Ölçme Yöntemi (DIN 50103, TS 140, EN ISO ) Brinell ve Vickers yöntemlerinde optik yolla iz çapı ölçülür ve ölçülen değer formüle konarak sertlik değeri hesaplanır. Her iki yöntemde de ölçüm işlemi zaman alır. Oysa Rockwell yönteminde daha kısa sürede, sert ucun batma derinliği esas alınarak sonuca varılır. Parçanın et kalınlığı, sert ucun batma derinliğinin en az 10 katı olmalıdır veya parça arkasında iz oluşmamalıdır.şekil5 ve 6 da Rockwell yöntemininde kullanılan farklı uçlar ve ölçüm yöntemi şematik olarak verilmiştir. Şekil 5 Malzeme cinsine göre kullanılan uçlar 107

108 Şekil 6. Rockwell metodunun şematik uygulanması Rockwell B: Cu alaşımları, Al alaşımları, düşük karbonlu çelik Rockwell C: Çelik, sert dökme demir, perlitik dökme demir Rockwell A: Yüzeyi sertleştirilmiş çelik Rockwell D: Yüzeyi sertleştirilmiş, ince et kalınlığasahip parçalar Rockwell E: Al alaşımları Rockwell F: Tavlanmış Cu alaşımları içindir. Tablo.2 de farklı malzemeler için uygulanan Rockwell serlik öllçüm yöntemleri verilmiştir. 108

109 Rockwell C Yöntem (HRC, RSD-C) Uç: Elmas kon (tepe açısı 120) F ön 10 kgf 98 N F1 140kgf 1372 N F ön F1 150 kgf 1470 N Ölçüm tamlığı 1 HRC d r HRC RSD C 100 e Şekil 7. Rockwell C metodunun uygulanması 109

110 Yüzey pürüzlülüğü ve makrogeometrik hatalardan oluşabilecek ölçüm hatalarının ortadan kaldırılabilmesi için ön yükleme yapılır. Bu noktada kadran sıfırı gösterecek şekilde ayarlanır, daha sonra ilave yük etki ettirilir. Etki süresi yaklaşık 3-6 s dir. Yük kaldırıldığında, sertlik değeri kadrandan okunur. İzler arası mesafe en a 3 mm olmalıdır. Sertleştirilmiş (ıslah edilmiş, su verilmiş) ya da yüzeyi sertleştirilmiş çelik, dökme demir gibi malzemelerin sertliğinin ölçülmesinde kullanılır Rockwell B Yöntem (HRB, RSD-B) Uç: Sertleştirilmiş bilye F ön 10kgf 98 N F ön 10kgf 98 N F ön F1 100kgf 980 N HRB RSD B 130 e e: Sert uç batma der nl ğ Ön yükten sonra 30 HRB de sıfırlama yapılır, İzler arası mesafe en az 3 mm olmalıdır HRB arasındak ölçümlerde geçerl d r. Orta sertl ktek parçalar ç n uygun b r yöntemd r. Ölçüm hassas yet, Br nell Sertl k Ölçüm yöntem ne göre daha azdır. Rockwell yönteminin üstünlükleri; - Brinell ve Vickers yöntemlerinde olduğu gibi parça yüzeylerinin çok düzgün olarak hazırlanması gerekmez. - İşlem süresi kısadır. - Otomasyona uygundur. - Ölçüm tamlığının az olması ve kaba bir ölçüm yöntemi olması ise dezavantajlı yanıdır. Ölçüm sonucunun verilmesi: 55 HRC sertlik değeri= 55 birimi: HRC (Hardness Rockwell C) 110

111 1. DENEY ADI: Çentik Darbe (Vurma Deneyi) 2. DENEYİN AMACI: Çentik darbe testi, malzemenin gevrek kırılma eğilimlerinin saptanması ve uygulanan ısıl işlemlerin kalite kontrolünün yapılmasıdır. 3. TEORİK BİLGİLER VE TANIMLAR Gevrek kırılma ani olarak meydana geldiğinden düşük bir kırılma işi ile gerçekleşir. Bu tür kırılma, malzemenin güvenli kullanım olasılığını azaltır. Gevreklik, malzemenin tokluk özelliğinin tersi olarak düşünülebilir. Bazı malzemeler bileşimleri nedeniyle gevrektirler (örneğin DDL, Fe 3C, Metal karbürler), bazı malzemeler ise oda sıcaklığında sünek olmalarına karşın bazı koşullarda (örneğin sıfırın altındaki sıcaklıklarda, gerilme yığılmalarının bulunması halinde, darbe zorlama hızı ve şiddeti altında) gevrek davranış gösterirler. Çentik darbe deneyinde, numunenin dinamik zorlama altında kırılması için gerekli enerji miktarı tayin edilir. Bulunan değer, malzemenin darbe direnci ya da darbe mukavemeti olarak verilir. Şekil 6. Charpy çentik darbe deneyi Deneyin Yapılışı Deney, Charpy ve Izod darbe deneyi olmak üzere iki şekilde yapılır. Charpy deneyinde Şekil 6. da görüldüğü gibi cihazın sarkaç çekici, önceden belirlenmiş bir H yüksekliğinden düşer ve en alt noktada arka yüzeyine vurduğu çentikli deney parçasını eğmeye zorlar. Bu sırada vurma hızı 4-7 m/s arasında olmalıdır. Deney parçasının kırılması veya desteklerin arasından şekil değiştirerek geçmesi için sarkaç enerjisinin bir kısmı kırma işi (Av) olarak tüketilir. 111

112 Vurma değeri (VD = Av) olarak da belirtilen bu değer, cihaz üzerinden okunur. Alınan sonuçların yorumlanması: Çentik vurma tokluğu, dayanım hesaplamalarında sayısal bir değer olarak kullanılamaz, çünkü konstrüksiyonlardaki gerilme durumları, yüklemenin seyri, boyutlar ve çentik geometrisi çok farklıdır. Bu nedenle de malzemenin kalitesini belirlemek için yapılan deneyde sonuçlar kırma işi ya da vurma değeri olarak belirtilir. Geçiş bölgesinde büyük dağılmalar gösteren vurma değerleri, alt bölgede yaklaşık 10 J düzeyinde kalırken, üst bölgede malzemenin durumuna bağlı olarak J dir. Darbe Geçiş Sıcaklığı (Tg) Şekil 7. Darbe geçiş sıcaklığının etkisi Malzemenin sünek yapıdan gevrek yapıya geçtiği sıcaklığa geçiş sıcaklığı veya darbe geçiş sıcaklığı denir. Malzemenin düşük sıcaklıkta dayanım göstermesi istenir. Bunun için düşük geçiş sıcaklıklarında malzemenin çentik tokluğuna sahip olması gerekir. Malzemelerin kırılma tokluğu deney sıcaklığının azalması ile azalarak gevrek kırılma davranışı gösterektedirler (Şekil. 7) 112

113 SERTLİK DENEYİ Deney tasarımı: Verilen malzemenin soğuk sertleşme (pekleşme) sonucu sertlik değerlerinin değişip değişmediğini gösteren bir deney tasarlayınız ve deney işlem adımlarını yazınız. 1) 2) 3) Deneyin uygulanması: Deneyi uygulayınız, gerekli hesaplama ve yorumları yaptıktan sonra deney sonucunu aşağıdaki kısımları doldurarak belirtiniz. Gerekli başlıklar: - Malzeme: - Uygulanacak Test ve Skalası (Varsa ilgili standart): - Ölçümler: - Hesaplamalar (Gerekliyse): - Yorum: - SONUÇ: 113

114 ÇENTİK DARBE DENEYİ Deney hazırlığı: 1. Çentik darbe testi ile ilgili aşağıda verilen deneye başlangıç bilgi sorularını cevaplandırınız: a) Çentik darbe testi hangi amaçla gerçekleştirilir? b) Darbe geçiş sıcaklığı nedir? c) Deneyin nasıl uygulandığını maddeler halinde belirtiniz: Deneyin uygulanması: İstenen: Deney esnasında verilen 10x10 mm 2 kesitli çelik çubuktan standart 2 mm V çentikli çentik darbe numunesi hazırlayarak: a) Kırma enerjisini J cinsinden ölçünüz: b) Çentik darbe dayanımını (tokluğunu) bulunuz: 114

115 GÜZ DÖNEMİ TALAŞLI ŞEKİLLENDİRME DENEYİ 1. DENEY ADI: Tornalama ile Talaş Kaldırmada İlerlemenin Yüzey Pürüzlülüğüne Etkisinin İncelenmesi 2. DENEYİN AMACI: Talaşlı imalat tezgahlarının tanıtılması ve üniversal torna tezgahı kullanılarak bir parçanın silindirik tornalanması ve ilerlemenin yüzey pürüzlülüğüne etkisinin incelenmesi 3. TEORİK BİLGİLER VE TANIMLAR 3.1. Tornalama Kendi ekseni etrafında dönen, sıkı ve emniyetli bir şekilde bağlanmış iş parçaları üzerinden, uygun geometride bir kesici takım yardımıyla talaş kaldıran tezgahlara torna tezgahı denir. Bu işi yapan kişiye TORNACI, yapılan işleme de TORNALAMA denir. Kesici takım talaş kaldırma işlemini, tezgâh üzerinde elle veya otomatik olarak gerçekleştirir. Şekil 1. Üniversal Torna Tezgahı 3.2. Torna Tezgahı Çeşitleri Üniversal Torna Tezgahı Revolver Torna Tezgahı Otomat Torna Tezgahı CNC Torna Tezgahı Diğer Torna Tezgahları(Özel amaçlarla kullanılan torna tezgahları, kopya torna tezgahı, eksantrik torna tezgahı, düşey torna tezgahı, kam torna tezgahı vb.) 115

116 3.3. Torna Tezgahında İş Parçasını Bağlama Aparatları Üç Ayaklı Üniversal Ayna: Üç ayaklı üniversal ayna, silindirik, üçgen, altıgen vb. parçaların üç noktadan merkezlenebilmesi için kullanılır. Dört Ayaklı Üniversal Ayna: Dört ayaklı üniversal aynalarda dört noktadan merkezlenmesi ve üç ayaklı aynalara bağlanan parçalara ek olarak kare kesitli iş parçaları da bağlanabilir. Üniversal aynalarda bütün ayaklar aynı anda hareket eder. Mengeneli Ayna: Yuvarlak, kare ve düzgün olmayan dökülmüş ya da dövülmüş parçalar bağlamaya yarar. Her bir ayak birbirinden bağımsız olarak hareket eder. Bu bağlama işlemi istenilen hassasiyette yapılabilir. Delikli Düz Ayna: Biçimleri bakımından ayaklı aynalara bağlanamayan iş parçaları delikli düz aynalara çeşitli pabuçlar ve cıvatalar ile gövdeye bağlanır. Fırdöndü Aynası: İki punta arasında tornalama yapabilmek için iş parçası üzerine takılan fırdöndüden esinlenerek bu isim verilmiştir. Aynanın üzerine, fırdöndü kuyruğunun takılması ile iş parçası işlenir. Fırdöndü aynaya pim ile sabitlenir. Manyetik Ayna: Bu aynalar mıknatıslanma özelliği ile alın yüzeyine iş parçalarının bağlanmasında kullanılır. Özelliği, diğer aynalara bağlanamayacak küçük veya ince parçaların bağlanmasını sağlar. Örneğin; segman ve bileziklerin bağlanması vb. Pensler: Tam yuvarlak ve düzgün işlenmiş küçük iş parçalarını tornaya bağlamaya yarayan özel kovanlara pens denir. Silindirik parçaları çevreden tutmaları, puntaya alınamayan ince parçaları, aynaya bağlanamayan işleri penslerle bağlayarak tornalama daha kolaydır. İş Kalıpları: İşin özelliğine göre oluşturulan aparatlara ve bağlama düzeneklerine iş kalıpları denir. İş kalıpları delikli aynanın üzerine bağlanır. Özdeş parçaların ayrı ayrı bağlanması ve işlenmesi zaman alacağı gibi ekonomik de olmaz bu nedenle iş bağlama kalıpları; özellikle seri üretimde parça bağlama ve sökme işlemleri hızlı yapıldığından zaman kazandırarak maliyeti düşürmek yönünden önem taşır. Aynaları Bağlamada Salgı Kontrolü Aynaları bağlama sırasında cıvata ve vidaların iyi sıkılması, oturma yüzeylerinin bozulmuş olmaması durumunda salgı meydana gelmez. Eğer salgı var ise cıvata ve vidalar kontrol edilmeli, fener mili incelenmeli, bozukluklar giderildikten sonra işleme başlanmalıdır İş Parçasını Torna Tezgahına Bağlama Yöntemleri İş parçaları, torna tezgahına direkt aynaya sabitlenerek, ayna-punta arasında ve iki punta arasında olacak şekilde konumlandırılarak bağlanabilir. Aynaya Bağlama: Kısa iş parçaları sadece aynaya bağlanarak işlenebilir. 116

117 Ayna-Punta Arası Bağlama: Uzun ve ince iş parçalarının tornalanmasında kullanılır. İş parçasının bir ucu aynaya diğer ucu da gezer punta üzerindeki puntaya bağlanır. Punta-Punta Arası Bağlama: İş parçası aynaya ve gezer puntaya bağlanan iki punta arasına bağlanır ve fırdöndü kullanılarak tornala işlemi gerçekleştirilir. Uzun ve ince iş parçalarının tornalanmasında kullanılır Tornalama İşlemleri Tornalama ile yapılan işlemler aşağıdaki şekilde verilmiştir. Şekil 2. Tornalama ile yapılan işlemler Her türlü malzeme talaşlı işlenebilmekle beraber birim hacimde iş parçasının ağırlığı ve çapı, tornalanacak parçanın ölçüsünü sınırlayabilir. Kesici takım malzemesi ve takım geometrisi; kesme hızı, ilerleme ve kesme derinliği gibi kesme parametrelerinin belirlenmesinden önce seçilmelidir. Bir torna tezgahının etkili çalıştırılması; kesme hızı, ilerleme miktarı ve kesme derinliğine bağlıdır. Tornalama işleminde doğru fener mili hızı ve doğru ilerleme miktarı seçilmezse talaşlı imalatta çok zaman kaybedilebilir, işleme maliyeti artabilir ve yüzey kalitesi bozulabilir. Bu nedenle iş parçasının devir sayısı doğru hesaplanmalıdır. Bunun için kesme hızı doğru seçilmelidir. Kaba ve bitirme işlemi için doğru ilerleme miktarının belirlenmesi gerekir. Seçimlere göre parçanın işleme zamanı da hesaplanabilir. Ancak bunlara başlanılmadan önce 117

118 bu terimlerin anlamlarının bilinmesi gerekir. Devir sayısının hesaplanması için aşağıdaki formül kullanılmaktadır. n = (1) n: Devir sayısı (dev/dak) V: Kesme hızı (m/dak) D: İş parçası çapı (mm) 3.6. Yüzey Pürüzlülüğü Talaşlı imalat genellikle parçanın son geometrisini ve ölçülerini belirleyen imalat işlemi olduğundan, aynı zamanda parçanın yüzey kalitesini de belirleyen işlemdir. Parça yüzeyleri resimlerde gösterildiği gibi tam olarak düz değildir. İşleme yöntemlerine bağlı olarak yüzeylerde, dalga ve pürüzlülük olmak üzere iki türlü yüzey sapması meydana gelir. Dalga geometrik sapmalar grubuna girer. Esasen yüzey kalitesini, yüzey pürüzlülüğü tayin eder. Yüzey pürüzlülüğü parçalar arası temas yüzeyini geometrik yüzeye göre küçültür, sürtünme ve dolayısıyla güç kaybını arttırır, aşınmayı hızlandırır ve yorulma mukavemetini düşürür. Yani parça fonksiyonunu ve dolayısıyla kalitesini önemli şekilde etkiler. Talaşlı imalatta yüzey pürüzlülüğü aşağıdaki faktörlerden etkilenir: Takım tezgahının rijitliği Yataklama sisteminden kaynaklanan hatalar Takım tutucu rijitlik durumu Takım aşınmasının etkileri Takım geometrisi Kesme parametreleri Malzemenin mekanik özellikleri Kesme sıvısının etkileri Takım geometrisi ve ilerleme hızı birlikte yüzey geometrisini oluşturur. Takım geometrisin en önemli kısmı takımın yüzeye temas eden uç kısmıdır. Tek kesen ağızlı takımlarda bu etki aşağıdaki şekilde gösterilmektedir. 118

119 Şekil 3. Tek ağızlı takımlarda geometrik faktörün ideal yüzey pürüzlülüğüne etkisi: (a)uç yarıçapının etkileri (b)ilerlemenin etkileri (c)ayar açısının etkileri Tek kesen ağızlı uçla yapılan talaş kaldırma işleminde elde edilen ortalama yüzey pürüzlülüğünün takım uç yarıçapı ve ilerleme ile olan ilişkisi aşağıdaki denklemde verilmiştir: = (2) Ra: Ortalama yüzey pürüzlülüğü değeri (mm) f : İlerleme(mm/dev) r : Uç yarıçapı (mm) 3.7. Yüzey Pürüzlülüğünün Ölçümü Yüzey pürüzlülüğü ölçümü mekanik, optik veya elektronik cihazlarla ölçülür. Bir yüzeyin pürüzlülük hesabı yapılırken, aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi yüzeyin üstünde ve altında kalan alanları eşit şekilde kesen ve ortalama çizgisi olarak adlandırılan referans çizgisinden faydalanılır. Ortalama yüzey pürüzlülüğü(ra), ortalama çizgisine göre numune uzunluğu boyunca tüm pürüzlerin aritmetik ortalamasıdır. Ra değerleri yüzey pürüzlülük cihazlarında otomatik olarak hesaplanmaktadır. Şekil 4. Ölçüm ve Örnekleme Uzunluğu 119

120 Yüzey pürüzlülüğü ölçmekte kullanılan en yaygın cihaz yüzey pürüzlülük ölçme cihazıdır. Cihaz bir izleyici kafa ve bir sinyal yükseltici/kuvvetlendiriciden oluşur. İzleyici kafada uç yarıçapı mm (0,0005 in) olan bir elmas iğne vardır. Yüzeyde izleyici kafa otomatik olarak gezdirilir. Yüzeydeki pürüzlülükten kaynaklanan iğne hareketleri izleyici kafa tarafından elektrik dalgalarına çevrilir. Bu sinyaller yükseltici tarafından büyütülür ve cihaza kaydedilir. Göstergedeki değerler referans çizgisine göre yüzey pürüzlülüğünün aritmetik ortalamasını (Ra) verir. Şekil 5. Yüzey Pürüzlülük Ölçüm Cihazı 4. DENEY TESİSATI Kullanılacak cihaz, donatım, malzemeler ve özellikleri aşağıdaki verilmiştir: Üniversal Torna Tezgahı: Banko üzeri çap: 500 mm Araba üzeri çap: 200 mm Puntalar arası mesafe: 2000 mm Punta merkezinin bankodan yüksekliği: 250 mm Fener mili hız aralığı: dev/dak Toplam güç: 6.6 kva Ana motor gücü: 5.5 kw Yüzey Pürüzlülük Cihazı Dahili piezzo elektrik dedektör Ölçülen parametreler: Ra, Rz Ölçüm aralığı: Ra: μm/ Rz: μm Hareket mesafesi: 6 mm Hareket hızı: 1.0 mm/s Cut off uzunlukları: 0.25 mm / 0.8 mm / 2.5 mm 120